新規等価モデルの構築とそれに基づく2次元物質トンネルトランジスタの性能予測

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本年度の研究成果は，等価モデルを用いたバンド間トンネルシミュレーションにおいて，エネルギー窓幅と精度の関係を明らかにしたことである．高速計算手法である等価モデルでは，狭い輸送エネルギー窓を小さな基底系で正確に記述することにより，計算負荷を大幅に削減する．抽出する輸送エネルギー窓幅を狭くすることで基底サイズを小さくすると，計算負荷をより削減するが，一方で，エネルギー窓幅を狭くしすぎると，計算の精度が低下する．そこで，精度と計算負荷のバランスがとれた適切なエネルギー窓幅を指定することが重要である．本年度の研究では，等価モデルを用いた場合に生じる相対誤差は輸送エネルギー窓幅に対して指数関数的に減少することを明らかにした．具体的には，シリコンやゲルマニウムおよびIII-V属化合物半導体について，ナノワイヤ構造トンネルトランジスタの輸送特性を計算した．この際，強結合近似モデルに基づく非平衡グリーン関数法シミュレーション結果を基準として，輸送エネルギー窓幅をさまざまに変化させて作成した等価モデルに基づく同様の非平衡グリーン関数法シミュレーションの結果の精度を調べた．特に，直接遷移型の半導体にくらべて，間接遷移型の半導体のほうが，十分な計算制度を確保するのに必要な輸送エネルギー窓幅を広く取らなければならないことを明らかにした．以上の結果から，等価モデルを用いてトンネル効果を高速にシミュレーションできると言える．