テラヘルツ帯トランジスタのためのInAsSbチャネル量子井戸構造成長に関する研究

太赫兹波段晶体管InAsSb沟道量子阱结构生长研究

• 批准号: 21K04158
• 负责人: 遠藤 聡
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Tokyo University of Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04158/
• 关键词: InAsSb; 量子井戸構造; 分子線エピタキシー法; 電子移動度; モンテカルロ計算; 遮断周波数; バンド計算; VASP; 半導体; シミュレーション

InAsSbをチャネル層に用いた量子井戸構造における電子輸送特性の研究を、実験（結晶成長）とシミュレーション（モンテカルロ計算、バンド計算）を併用して進めている。このうち実験に関しては、初年度（2021年度）は分子線エピタキシー装置のAsクラッキングセルの故障により、InAsSbの結晶成長を行うことが出来なかった。今年度（2022年度）は、修理したAsクラッキングセルを用いてバルクInAsSbのⅤ属元素の組成制御を試みた。電子のΓバレーにおける有効質量が最も軽く、エネルギーバンドギャップが最も小さくなるAs組成0.35を目標値とし、As蒸気圧や成長温度を変化させてバルクInAsSb結晶を300 nm成長した。その結果、Ⅴ族元素比(Sb/As)が約2でAs組成0.35を達成した。現時点では、ノンドープの条件で電子移動度は約7,000 cm2/Vs、電子濃度は約2e17 /cm3となっている。またモンテカルロ法シミュレーションに関しては、実際に作製する層構造に近づけた場合の計算を行った。ソース、ドレイン、ゲート電極を付けた高電子移動度トランジスタ構造のモンテカルロ計算により、As組成0.3～0.4、ドレイン電圧0.3 Vという低電圧において、遮断周波数fT=2.5 THzという高い値が得られた。InAsSbチャネルHEMTは、界面ラフネス散乱や衝突イオン化頻度が小さい低電圧でも高速化が可能であることが分かった。更に第一原理バンド計算プログラムVASPにより、混成密度汎関数理論を用いて以前に計算したInAsSbのΓバレーの電子の有効質量を用いて、バルクモンテカルロシミュレーションを行った。この方法では真性遮断周波数の可能性の限界値が求められ、寄生成分が低減できれば数十THzまで高速化が可能であることが明らかになった。

InAsSb を チ ャ ネ に ル layer with い た opens quantum well structure に お け る electronic transportation を の research, be 験 crystallization (growth) と シ ミ ュ レ ー シ ョ ン (モ ン テ カ ル ロ calculation, バ ン ド computing) を and し て in め て い る. こ の う ち be 験 に masato し て は molecular line, at the beginning of year (year 2021) は エ ピ タ キ シ ー device の As ク ラ ッ キ ン グ セ ル の fault に よ り, InAsSb の crystal growth line を う こ と が out な か っ た. This year (2022) は, repair し た As ク ラ ッ キ ン グ セ ル を with い て バ ル ク InAsSb の Ⅴ belongs to the element of の suppression try を み た. Electronic の Γ バ レ ー に お け る have sharper quality が most も 軽 く, エ ネ ル ギ ー バ ン ド ギ ャ ッ プ が も most small さ く な る As of 0.35 を target numerical と し, As steamed 気 圧 を や growth temperature variations change さ せ て バ ル ク InAsSb crystallization を 300 nm growth し た. Youdaoplaceholder0 そ results, the ratio of elements in group V (Sb/As)が is approximately 2でAs composition 0.35を, which leads to た. Now point で は, ノ ン ド ー プ の conditions で electronic mobile は about 7000 cm2 / Vs, electron concentration は about 2 e17 / cm3 と な っ て い る. ま た モ ン テ カ ル ロ method シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に masato し て は, be interstate に cropping す る layer structure に nearly づ け た occasions の count を っ た. ソ ー ス, ド レ イ ン, ゲ ー ト electrode を pay け た high degree of electronic mobile ト ラ ン ジ ス タ tectonic の モ ン テ カ ル ロ computing に よ り, As of 0.3 ~ 0.4, ド レ イ ン electric 圧 0.3 V と い う low electricity 圧 に お い て, interrupt frequency fT = 2.5 THz と い う high い numerical が must ら れ た. InAsSb チ ャ ネ ル HEMT は, interface ラ フ ネ ス scattered や conflict イ オ ン change frequency が small さ い low electricity 圧 で high speed も が may で あ る こ と が points か っ た. More に first principle バ ン ド computing プ ロ グ ラ ム VASP に よ り, hybrid density masato を number theory with い て に calculation before し た InAsSb の Γ バ レ ー の electronic の have sharper quality を use い て, バ ル ク モ ン テ カ ル ロ シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を line っ た. こ の way で は true interrupt cycle for の possibility の limit numerical が o め ら れ, low parasitic components が reduction で き れ ば dozens of THz ま high speed で が may で あ る こ と が Ming ら か に な っ た.