ナノ構造デバイスシミュレーションにおける量子補正多粒子モンテカルロ法に関する研究

纳米结构器件模拟的量子校正多粒子蒙特卡罗方法研究

• 批准号: 13750061
• 负责人: 土屋 英昭
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Kobe University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13750061/
• 关键词: ナノ構造デバイス; 量子輸送; 量子補正ポテンシャル; 量子モンテカルロ法; ナノスケールM0SFET; モンテカルロシミュレーション; 量子力学的効果; 量子力学的補正; ナノスケールMOSFET; 粒子・波動二重性

半導体の結晶成長技術と微細加工技術の進歩により実現した極微細なナノ構造では,電子の波動性と粒子性という量子力学の最も基本的な性質がデバイス特性に顔を出す。筆者が本研究課題で提案し開発を行った「量子モンテカルロ・デバイスシミュレータ」は,粒子に作用する力に量子補正ポテンシャルを加えることで,電子の波動性に起因する量子サイズ効果をモンテカルロ法に取り入れる方法である。本年度は,本手法をシリコンMOS構造に適用し,2次元量子モンテカルロ・デバイスシミュレータの開発に成功した。具体的には,シリコン伝導帯の多谷構造及び回転楕円体構造を,量子補正ポテンシャルに取り入れる研究を行い,サブバンド構造の変調を伴う量子輸送の解析が可能になった。また,量子補正ポテンシャルをキャリアエネルギーに含めることで,散乱過程における量子化の影響を取り入れた。研究成果としては,まず,反転層電子密度分布の計算結果をシュレディンガー・ポアソン法と比較することで,本シミュレータの妥当性を確認した。特に,シリコン伝導帯の多谷構造を考慮することで,2重縮退バレーと4重縮退バレーの電子輸送を区別して取り扱うことが可能となった。これにより,量子化サブバンドを制御してMOSFETの高性能化を目指す研究に適用できると期待している。また,10nmチャネル長SOI-MOSFETの量子輸送問題について検討を行い,電子輸送特性における量子化の影響を明らかにした。更に,サブ10nm SOI-MOSFETのバリスティック輸送について検討を行った。チャネル内で発生するフォノン散乱の頻度を解析し,サブ10nmデバイスでは,電子はチャネル領域を平均1回程度の散乱しか受けないことを示した。しかし,このようなバリスティック伝導の極限に近づいた状況でも,ドレイン電流は散乱により約10%減少した。MOSFETの極限性能を追求する上で,散乱の影響が無視できないことを示している。この他,サブスレッショルド特性におけるソース・ドレイントンネリングやチャネルソース端におけるキャリア量子輸送問題についても適用を行い,興味深い結果が得られている。研究成果は,論文及び学会講演にて公表して行く予定である。

Progress in semiconductor crystal growth technology and microfabrication technology has led to the development of fine structures, electronic volatility, particle properties, and the most basic properties of quantum mechanics. The author proposes to develop a method for quantum correction of particle interaction forces, including quantum correction of electron volatility causes, quantum correction of electron effects, and quantum correction of particle interaction forces. This year, we successfully developed a two-dimensional quantum device for MOS applications. The detailed analysis of quantum transport in multi-valley structure and multi-loop structure of transport band and quantum correction of transport band is possible. The quantum correction process includes the influence of quantization on the scattering process. The results of this study were compared with those of the calculation of electron density distribution in the reflection layer, and the validity of this method was confirmed. In particular, considering the multi-valley structure of the conduction band, the difference between the electron transport of 2-fold and 4-fold is possible. In this paper, quantization technology is used to control MOSFET and high performance research is expected. The quantum transport problem of 10nm semiconductor MOSFET is discussed, and the influence of quantization on electron transport characteristics is clarified. In addition, the 10nm SOI-MOSFET has been widely used in the field of transmission control. The frequency of scattering in the electron field is analyzed, and the average frequency of scattering in the electron field is 10nm The current is reduced by about 10% in the near future. MOSFET limit performance is sought, and the effects of scatter are ignored. In this paper, the author discusses the application of quantum transport problems in the field of quantum transport, and the results of the investigation are summarized. The results of the research are papers and lectures.

项目成果

Hideaki Tsuchiya: "A Particle Description Model for Quantum Tunneling Effects"Journal of Computational Electronics. (2002)

Hideaki Tsuchiya：“量子隧道效应的粒子描述模型”计算电子学杂志。

Matsuto Ogawa: "Quantum Transport Modeling in Nano-Scale Devices (invited)"Proceedings of the International Conference on Simulation of Semiconductor Processes and Devices. 261-266 (2002)

小川松人：《纳米级器件中的量子传输建模（特邀）》半导体工艺和器件模拟国际会议论文集。

Brian Winstead: "Comparison of Quantum Corrections for Monte Carlo Simulation (invited)"Journal of Computational Electronics. 1. 201-207 (2002)

Brian Winstead：“蒙特卡罗模拟的量子校正比较（特邀）”计算电子学杂志。

Hideaki Tsuchiya: "Particle Description Model for Quantum Transport Behavior of Electron Wave"Proceedings of Progress in Electromagnetics Research Symposium. 400 (2001)

土屋秀明：“电子波量子传输行为的粒子描述模型”电磁学研究研讨会进展论文集。

Hideaki Tsuchiya: "Quantum Potential Approaches for Nano-Scale Device Simulation"VLSI design. 13. 335-340 (2001)

Hideaki Tsuchiya：“纳米级器件模拟的量子势方法”VLSI 设计。