2012 Fiscal Year Annual Research Report
立体構造半導体/酸化膜界面のハイスループットモデリング技術の開発
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24310082
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Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
渡邉 孝信 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (00367153)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 表面・界面ナノ科学 / シリコン / 絶縁膜 / 分子動力学法 |
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| Research Abstract |
急速に進む立体構造デバイスの研究開発を支えるため、ナノスケールの半導体結晶、およびそれを覆う酸化絶縁膜の原子論的界面構造モデルを、ハイスループットで自動生成するアルゴリズムの開発に取り組んだ。このシミュレーション手法が完成すると、フィン型やナノワイヤ型など様々な立体構造デバイスの原子模型を作成でき、歪や欠損、界面の凹凸、結晶粒界を含む、現実的な構造モデルを用いた第一原理電子輸送シミュレーションが可能となる。
当該年度においては、研究代表者が開発したSi,O混在系用分子動力学シミュレーション技術をベースに、ドロネー解析を用いる酸化サイト高速判定法のプログラムをインプリメントした。さらに、酸化シミュレータの応用計算も前倒しで進め、レイヤーバイレイヤー酸化を表現する簡易版のプログラムを用いて、結晶粒界を含む半導体と酸化膜の界面構造モデルの生成、酸化膜で覆われたフィン型デバイス内の熱輸送シミュレーション、酸化膜で覆われたシリコンナノワイヤ中のフォノン分散の計算、酸化被膜に覆われたシリコンナノドットモデルの作成を実施した。その結果、多結晶シリコン太陽電池の粒界構造、シリコンナノワイヤ特有の熱伝導特性、シリコンナノドットのインパクトイオン化率に関する基礎的知見を得ることができた。
また、研究開始時には計画していなかったが、グラフィック用プロセッサを用いた汎用並列計算を試験的に導入し、分子動力学計算の高速化に対する顕著な有効性を確認した。今後は、計算アルゴリズムだけでなく、近年飛躍的な進歩を遂げているハードウェア技術も活用して、シリコン系デバイスの原子論的モデリングの一層の効率化を図る。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の計画以上に進展している項目が多くある一方で、次年度の課題として持ち越している項目もあるため、「(2)おおむね順調に進展している」と自己評価する。自動酸化プログラムの応用計算は前倒しで進んでいるが、様々な系に適用できる単一のパラメータセットへの絞り込みは、もう少し時間を要する。
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| Strategy for Future Research Activity |
完成した自動酸化プログラムのフレームワークを用いて、様々な形態の結晶構造に適用できる単一のパラメータセットを絞り込んでいく。さらに、計算の対象をシリコン以外の半導体に拡げるため、新しい多元素混在系用原子間ポテンシャルの開発に取り組む。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
当該年度はプログラムの開発に注力し、性能評価のための応用計算は現有設備の範囲内で実施できた。本格的な大規模計算のためのハードウェア導入は、次年度に行うこととした。
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