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

下一代集成电路半导体纳米线载流子传输现象研究

• 批准号: 15J03785
• 负责人: 田中 一
• 金额: $ 2.24万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-04-24 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J03785/
• 关键词: 半導体; キャリア輸送; Hall効果; 衝突イオン化; ゲルマニウム; シリコン; ナノワイヤ; 準バリスティック; MOSFET; 高電界

本研究では，昨年度までにGeおよびSiナノワイヤにおけるキャリアの移動度や高電界下でのドリフト速度，さらにナノワイヤMOSFETの特性に対する理論的解析を行った．本年度は，これらの技術的蓄積を活用し，4H-SiCにおけるキャリア輸送，具体的にはp型4H-SiCにおけるHall効果および4H-SiCにおける衝突イオン化現象に関する理論的検討を行った．p型4H-SiCにおけるHall効果に関しては，まず，第一原理計算によって価電子帯のエネルギー-波数分散関係を計算し，これを計算効率の高いk.p摂動法の形で定式化した．このバンド構造を用いて，不純物の不完全イオン化を考慮した正孔密度の温度・アクセプタ密度依存性の計算を行った．また，様々な散乱過程に対する緩和時間を求め，緩和時間近似を用いてドリフト移動度・Hall移動度・Hall因子を計算した．この結果を実験で得られたHall効果測定結果と比較し，実験で得られたHall因子の温度・アクセプタ密度に対する依存性に物理的解釈を与えた．さらに，Hall移動度・ドリフト移動度の温度・アクセプタ密度依存性の経験式を提示した．また，衝突イオン化係数に対する解析としては，第一原理計算により得られたバンド構造から状態密度と平均的な群速度のみの情報を用いて，各エネルギーにおけるフォノン散乱と衝突イオン化の確率を考慮して高電界印加時における分布関数を近似的に計算することで，電子と正孔の衝突イオン化係数を求めた．この手法に基づき，衝突イオン化係数の異方性や温度依存性の解析を行った．実験的に得られた衝突イオン化係数のふるまいを完全に説明するには現時点では至っていないものの，衝突イオン化係数の異方性などの，これまでにはフルバンドモンテカルロ法といった高度な計算手法により解析されていた現象を，簡易な計算モデルである程度記述できることを示した．

In this paper, we present a theoretical analysis of the characteristics of Ge and Si MOSFET in the high voltage range. This year, the accumulation of these technologies has been utilized, and 4H-SiC transmission has been carried out. The specific Hall effect of p-type 4H-SiC and the collision phenomenon of 4H-SiC have been discussed theoretically. The Hall effect of p-type 4H-SiC has been calculated. The first-principle calculation has been carried out. The high k.p "dynamic method for calculating the efficiency is formalized. In this paper, the incomplete transformation of impurities is considered, and the temperature dependence of positive pore density and negative pore density is calculated. In addition, the relaxation time for a chaotic process is calculated, and the relaxation time is approximated by using the Doppler mobility, Hall mobility, and Hall factor. The results of this study were compared with those of the Hall factor measurements, and the Hall factor measurements were compared with those of the Hall factor measurements. In addition, the Hall mobility, temperature and density dependence of the mobility are suggested by the equation. The first principle calculation is used to obtain the information about the density of state and the average group velocity of the structure. The accuracy of the dispersion of the collision is calculated by considering the distribution relation of the high electric field. The analysis of the anisotropy and temperature dependence of the collision coefficient is carried out. The calculation method of the conflict coefficient is used to analyze the phenomenon and to describe the degree of the conflict coefficient.

项目成果

Insight into phonon scattering in Si nanowires through high-field hole transport: Impacts of boundary condition and comparison with bulk phonon approximation

通过高场空穴传输深入了解硅纳米线中的声子散射：边界条件的影响以及与体声子近似的比较

• 发表时间: 2017
• 期刊: Journal of Physics: Conference Series
• 作者: Hajime Tanaka;Jun Suda;and Tsunenobu Kimoto
• 通讯作者: and Tsunenobu Kimoto

Theoretical Analysis of Quasi-ballistic Hole Transport in Ge and Si Nanowires Focusing on Energy Relaxation Process

关注能量弛豫过程的Ge和Si纳米线准弹道空穴传输理论分析

• 发表时间: 2017
• 作者: H. Tanaka;J. Suda;and T. Kimoto
• 通讯作者: and T. Kimoto

Analysis of ballistic and quasi-ballistic hole transport properties in germanium nanowires based on an extended “Top of the Barrier” model

基于扩展的“势垒顶部”模型分析锗纳米线的弹道和准弹道空穴传输特性

• DOI: 10.1016/j.sse.2016.04.015
• 发表时间: 2016
• 期刊: Solid-State Electronics
• 影响因子: 1.7
• 作者: Hajime Tanaka;Jun Suda;and Tsunenobu Kimoto
• 通讯作者: and Tsunenobu Kimoto

Modeling of surface roughness scattering in nanowires based on atomistic wave function: Application to hole mobility in rectangular germanium nanowires

基于原子波函数的纳米线表面粗糙度散射建模：在矩形锗纳米线空穴迁移率中的应用

• DOI: 10.1103/physrevb.93.155303
• 发表时间: 2016
• 期刊: Physical Review B
• 影响因子: 3.7
• 作者: Hajime Tanaka;Jun Suda;and Tsunenobu Kimoto
• 通讯作者: and Tsunenobu Kimoto

SiおよびGeナノワイヤにおける高電界正孔輸送の解析

Si 和 Ge 纳米线的高场空穴传输分析

• 发表时间: 2016
• 作者: H. Tanaka;J. Suda;and T. Kimoto;田中 一，浅田 聡志，木本 恒暢，須田 淳;田中 一，須田 淳，木本 恒暢;田中一，須田淳，木本恒暢
• 通讯作者: 田中一，須田淳，木本恒暢