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2013 年度 実施状況報告書

グラフェンを材料とした新規超低消費電力デバイス制御機構の創出

研究課題

研究課題/領域番号 24656234
研究機関神戸大学

研究代表者

相馬 聡文  神戸大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20432560)

キーワード歪み誘起擬似磁場効果 / 電界効果トランジスタ / グラフェン
研究概要

当初計画のうち、「1.歪み印加グラフェンを利用した新規素子」については、昨年度の実績概要において今後の課題として言及していた「歪みによって誘起される擬似磁場を利用した素子制御」について研究を行った。具体的には、グラフェンのアームチェア方向にそって有限長のチャネル部分にのみ局所的に引っ張り歪みを与え、そのチャネル領域にゲート電圧を印加、その左右の無歪み領域はn型あるいはp型にドーピングされていると仮定した場合の電流のゲート電圧依存性を、強束縛近似法とグリーン関数法を用いて調べた。その結果、10%以下の小さな歪み印加によって理想的なFET特性が得られる事、また、ソース、ドレイン領域を両方共p型にした場合にはゲート電圧の正負に対し非対称な電流電圧特性が得られ、逆にソース、ドレイン領域のドーピングがそれぞれp型、n型と異なる場合には対称な電流電圧特性が得られる事などが明らかになった。応用上の重要な結果として、FETのスイッチング性能の指標の一つであるサブスレッショールド係数(閾値電圧以下のゲート電圧において電流を一桁上昇させるのに必要な電圧幅)が、通常のFETの場合60mV/decadeであるのに対し、提案構造の場合、20mV/decade程度の値が実現され、通常のFETと比較して優れたスイッチング性能を示す事も明らかとなった(論文投稿中)。「2.光照射下のグラフェンの電気伝導の研究」については、昨年度までの結果を、フロケの定理を用いる事でより系統的に理解し、また、光照射領域の動的スペクトル密度に応じた伝導特性が得られる事を明らかにした(論文投稿準備中)。「3.グラフェンナノリボンにおける純粋スピン流生成に関する研究」については、断熱的量子ポンプ効果に起因するスピン依存電気伝導特性を明らかにした結果を論文にまとめ、Applied Physics Lettersに掲載された。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

交付申請書に記載した計画のうち、1.歪み印加グラフェン素子については、昨年度課題としていた擬似磁場効果を利用した素子の提案、性能予測を行い、計画通りに進んでいる。今後、分子動力学法を用いた歪み印加下の安定構造の解明については更に検討を続ける必要がある。2.グラフェンにおける光照射の効果については、論文の形にまとめる事が出来、計画通りに研究が進んでいる。
3.グラフェンを用いた新規スピン流生成素子の創出に向けても、論文が採択、出版され、順調に進んでいるといえる。

今後の研究の推進方策

25年度に注力した、「歪みグラフェンを利用した新しい電気伝導制御機構の探索」について、理想的な状況を仮定した上で第一段階としての結果を得、論文を投稿するに至ったが、非理想的状況、たとえば端構造が問題になる場合や格子欠陥の影響、更にはフォノン散乱の影響など、更に検討しなければならない課題も見えてきたため、今後はこれらに注力をする。グラフェンへの光照射については、当初明らかにしようとしていた原理的な部分の提案研究については一定の理解を得、論文にまとめるに至ったが、実験との対応の観点から更なる考察が必要である。グラフェンを用いた新規スピン流生成素子の創出に向けては、昨年度も部分的に実施していた、時間とともに振動するゲート電圧の振動数が高い場合にも適用出来るような理論、数値計算アルゴリズム開発について引き続き行っていく。

次年度の研究費の使用計画

25年度については予備的な数値計算用を兼ねるノートPCとグラフ作成ソフトに多くの予算を宛てた。一方、当初購入予定であったワークステーションについて、26年度の予算と合わせてより高性能なものを購入することとしたため。
次年度使用額分については、上で述べたように、ワークステーション購入の費用に宛てる。

  • 研究成果

    (19件)

すべて 2014 2013

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 2件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (15件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Pure spin current induced by adiabatic quantum pumping in zigzag-edged graphene nanoribbons2014

    • 著者名/発表者名
      S. Souma and M. Ogawa
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 104 ページ: 183103 1-4

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1063/1.4873580

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Effect of lateral strain on gate induced control of electrical conduction in single layer graphene device2013

    • 著者名/発表者名
      Satofumi Souma, Yusuke Ohmi, and Matsuto Ogawa
    • 雑誌名

      Journal of Computational Electronics

      巻: 12 ページ: 170-174

    • DOI

      10.1007/s10825-013-0451-1

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 強結合分子動力学法を用いたグラフェンナノリボンの機械的変形と電子状態に関するシミュレーション2013

    • 著者名/発表者名
      相馬聡文、貝野昭造、小川真人
    • 雑誌名

      シリコンテクノロジー

      巻: 162 ページ: 30-35

  • [学会発表] グラフェンの熱物性における面内歪みの影響2013

    • 著者名/発表者名
      船谷宜嗣, 山本貴博, 小川真人,相馬聡文
    • 学会等名
      日本物理学会 2013年秋季大会
    • 発表場所
      徳島大学
    • 年月日
      20130925-20130928
  • [学会発表] グラフェンにおける歪みの空間的変化を利用したFETの性能に関する研究2013

    • 著者名/発表者名
      上山真之, 小川真人,相馬聡文
    • 学会等名
      第74回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      同志社大学
    • 年月日
      20130916-20130920
  • [学会発表] 歪み印加を利用したグラフェンの電気伝導制御に関する数値シミュレーション2013

    • 著者名/発表者名
      相馬聡文,上山真之, 小川真人
    • 学会等名
      第74回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      同志社大学
    • 年月日
      20130916-20130920
  • [学会発表] 有限要素法を用いたInAs/GaAs量子ドット太陽電池の特性解析2013

    • 著者名/発表者名
      益原貴志, Amir Mehdipour,相馬聡文,小川真人
    • 学会等名
      第74回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      同志社大学
    • 年月日
      20130916-20130920
  • [学会発表] モード結合スペクトル法を用いた量子輸送解析の高速・高精度化に関する研究2013

    • 著者名/発表者名
      藤川広樹, 相馬聡文,小川真人
    • 学会等名
      第74回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      同志社大学
    • 年月日
      20130916-20130920
  • [学会発表] 多バンド有効質量近似法を用いたトンネル電界効果トランジスタの数値シミュレーション2013

    • 著者名/発表者名
      永井寛人, 小川真人,相馬聡文
    • 学会等名
      第74回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      同志社大学
    • 年月日
      20130916-20130920
  • [学会発表] 半導体ナノワイヤFETにおけるポテンシャルゆらぎに起因する電流ノイズの数値シミュレーション2013

    • 著者名/発表者名
      古林優希, 小川真人,相馬聡文
    • 学会等名
      第74回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      同志社大学
    • 年月日
      20130916-20130920
  • [学会発表] Effect of lateral strain on electronic transport in graphene: interplay between band gap formation and pseudo magnetic field effect2013

    • 著者名/発表者名
      S. Souma, M. Ueyama, M. Ogawa
    • 学会等名
      5th International Conference on Recent Progress in Graphene Research 2013
    • 発表場所
      東京工業大学
    • 年月日
      20130909-20130913
  • [学会発表] Effect of in-plane strain on thermal properties of graphene2013

    • 著者名/発表者名
      Takashi Funatani, Takahiro Yamamoto, Kenji Sasaoka, Matsuto Ogawa, Satofumi Souma
    • 学会等名
      5th International Conference on Recent Progress in Graphene Research 2013
    • 発表場所
      東京工業大学
    • 年月日
      20130909-20130913
  • [学会発表] Wave-packet dynamics study of electronic transport in graphene irradiated by circularly polarized light2013

    • 著者名/発表者名
      Takashi Akiyama, Kenji Sasaoka, Matsuto Ogawa, and Satofumi Souma
    • 学会等名
      5th International Conference on Recent Progress in Graphene Research 2013
    • 発表場所
      東京工業大学
    • 年月日
      20130909-20130913
  • [学会発表] グラフェンをチャネル材料とする電界効果型トランジスタの性能評価シミュレーション2013

    • 著者名/発表者名
      相馬聡文
    • 学会等名
      第3回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン若手研究会
    • 発表場所
      大阪大学
    • 年月日
      20130804-20130804
  • [学会発表] 強結合分子動力学法を用いたグラフェンナノリボンの機械的変形と電子状態に関するシミュレーション2013

    • 著者名/発表者名
      相馬聡文,貝野昭造,小川真人
    • 学会等名
      応用物理学会シリコンテクノロジー「大規模・高速・原子レベル計算が可能にする新規モデリング技術」研究会
    • 発表場所
      機械振興会館(東京)
    • 年月日
      20130712-20130712
  • [学会発表] グラフェンを材料とする新規機能素子デザインとシミュレーション2013

    • 著者名/発表者名
      相馬聡文
    • 学会等名
      ワークショップ「機能性ナノ材料開発に役立つ先端シミュレーション」
    • 発表場所
      東京理科大学(東京)
    • 年月日
      20130620-20130620
  • [学会発表] Effect of Axial Strain on Switching Behavior of Carbon Nanotube Tunneling Field Effect Transistors2013

    • 著者名/発表者名
      T. Nakano, H. Nagai, M. Ogawa, and S. Souma
    • 学会等名
      International Workshop on Computational Electronics 2013
    • 発表場所
      Nara, Japan
    • 年月日
      20130604-20130607
  • [学会発表] Quantum Dynamical Simulation of Photo-Induced Graphene Switch2013

    • 著者名/発表者名
      T. Akiyama, M. Ogawa, and S. Souma
    • 学会等名
      International Workshop on Computational Electronics 2013
    • 発表場所
      Nara, Japan
    • 年月日
      20130604-20130607
  • [図書] "Spintronics in Nanoscale Devices", edited by E. R. Hedin and Y. S. Joe ()2013

    • 著者名/発表者名
      Satofumi Souma (Chap. 5)
    • 総ページ数
      20 (Chap. 5)
    • 出版者
      Pan Stanford Publishing

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公開日: 2015-05-28  

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