2015 Fiscal Year Annual Research Report
次世代集積回路に向けた半導体ナノワイヤにおけるキャリア輸送現象の研究
| Project/Area Number |
15J03785
|
|---|
| Research Institution | Kyoto University |
|---|
Principal Investigator |
田中 一 京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2015-04-24 – 2018-03-31
|
| Keywords | ナノワイヤ / 半導体 / キャリア輸送 / 高電界 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
半導体ナノワイヤMOSFETは，短チャネル効果を効果的に抑制可能であり，さらにシリコン(Si)より高いキャリア移動度を持つゲルマニウム(Ge)等をチャネル材料に用いることで，次世代の高性能デバイスを実現できると期待されている．そこで本研究では，ナノワイヤにおけるキャリア輸送の物理を解明し，学理に基づいたデバイス設計指針を提示することを目指している．
2015年度は，まず，原子論的なモデルに基づいてバンド構造と散乱（フォノン・ラフネス）を記述し，ボルツマン輸送方程式を解くことで，Geナノワイヤにおける高電界下での正孔輸送を解析した．その結果，ナノワイヤの方位によっては負性微分抵抗特性が現れた．これは，Geナノワイヤの価電子帯にある有効質量の軽いサブバンドを占有していた正孔が，電界の増加とともに高エネルギーで有効質量の重いサブバンドへ移行することに由来する．
さらに，Siナノワイヤにおいても高電界下での正孔輸送を解析し，GeナノワイヤとSiナノワイヤの間の高電界正孔輸送特性の違いについて検討した．SiナノワイヤではGeナノワイヤよりエネルギー緩和が速く，これによりSiナノワイヤはGeより軽い平均的な有効質量，およびそれに由来する高い正孔ドリフト速度を示すことを見出した．
これらの研究により，ほとんど理解が進んでいないナノワイヤにおける高電界キャリア輸送に関する重要な知見を得た．
これらに加え，複素バンド構造に基づいたトンネル電流の計算と，上記と同様のフォノン散乱・ラフネス散乱による後方散乱確率の計算とを組み合わせて，GeナノワイヤMOSFETの準バリスティック正孔輸送能力に関する近似的な検討を行った．今後，より現実的なモデルによるナノワイヤMOSFET中の準バリスティックキャリア輸送の計算を行い，ナノワイヤMOSFETの設計指針提示に向けて研究を進める予定である．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は，ナノワイヤにおける高電界キャリア輸送の計算プログラムを作成し，GeおよびSiのナノワイヤにおける高電界正孔輸送の解析を行うことができた．これは当初の想定を上回る成果である．他方，当初予定していたIII-V族半導体ナノワイヤにおけるキャリア輸送の解析は行わなかった．準バリスティック輸送については，近似的なモデルではあるが，GeナノワイヤpMOSFETにおける準バリスティック正孔輸送の解析を行うことができた．以上のことから，全体として「おおむね順調に進展している」と評価する．
|
| Strategy for Future Research Activity |
今後は，これまでに開発したキャリア散乱の記述法を用いつつ，実空間依存性を考慮した多バンドボルツマン輸送方程式等の計算手法により，より現実的なモデルによるナノワイヤMOSFET中の準バリスティックキャリア輸送の計算を行う．これにより，「研究実績の概要」で述べたGeナノワイヤとSiナノワイヤの間のエネルギー緩和時間の差がデバイス特性に与える影響を含め，ナノワイヤMOSFETにおけるキャリア輸送の理解と，デバイス設計指針の提示に向けて研究を進める予定である．
|
Research Products
(6 results)
