Development of electron-phonon self-consistent simulator considering quantum effects

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半導体デバイス内の電子の伝導については盛んに研究が行われてきたが、近年、熱設計において重要な役割を果たすフォノンの伝導に対しても強い関心が集まっていることから、本研究では、ウィグナーモンテカルロ(WMC)法に基づく量子輸送シミュレータと、新たに開発するフォノン輸送シミュレータとの統合を行うことで、量子電子輸送を考慮した電子・フォノン輸送の自己無撞着計算が可能な量子輸送シミュレータを作成し、量子電子輸送とフォノン輸送が相互に与える影響に対する知見を得ること目的としている。令和4年度分について、当初研究計画の1つとして、「WMC法によるシミュレータに局所温度依存性の導入を行うこと」を目標としていた。これにより、局所的に温度が変化した場合にどのようにデバイス特性が変化するかの解析が可能となり、デバイス特性への温度変化の影響を詳細に明らかにすることができることを見込んでいた。当該年度の研究を行った結果、この項目については、当初の目標の通り、WMC法によるシミュレータに局所温度依存性の導入を行うことに成功した。結果として、この開発結果それ自体によっても、局所的に温度が変化した場合にどのようにデバイス特性が変化するかの解析が可能となり、デバイス全体の温度を一律に上げた場合と局所的に温度が大きく上がった場合では、その特性に与える影響は異なることが明らかになった。また、この結果により、令和5年度の「フォノン輸送シミュレーションの結果データをWMC法のシミュレータに結合させることが可能な状態にする」という目標へ近づいた。