最終更新日2017年02月01日

氏名

ワタナベ タカノブ

渡邉 孝信

職名

教授

所属理工学術院

(基幹理工学部)

連絡先

メールアドレス

メールアドレス
watanabe-t@waseda.jp

URL等

WebページURL

http://www.watanabe.nano.waseda.ac.jp/

研究者番号
00367153

本属以外の学内所属

兼担

理工学術院(大学院基幹理工学研究科)

理工学術院(大学院先進理工学研究科)

学内研究所等

ナノテクノロジー研究所

研究所員 2007年-2014年

ライフサポートイノベーション研究所

研究所員 2014年-2014年

ナノテクノロジー研究所

研究所員 2015年-

ライフサポートイノベーション研究所

研究所員 2015年-

凝縮系物質科学研究所

研究所員 2016年-

学歴・学位

学歴

-1995年 早稲田大学 工学部 電子通信学科
-1999年 早稲田大学 理工学研究科 電子・情報通信学専攻

学位

博士(工学) 課程 早稲田大学 電子・電気材料工学

所属学協会

応用物理学会 薄膜表面物理分科会幹事

日本表面科学会

日本物理学会

米国電気電子学会

委員歴・役員歴(学外)

2004年03月-電子デバイス界面テクノロジー研究会 実行・プログラム委員
2004年-IWDTF 実行・論文委員

受賞

第9回 応用物理学会講演奨励賞(応用物理学会)

2001年04月

第16回 井上研究奨励賞(井上科学振興財団)

2000年03月

早稲田大学ティーチングアワード

2016年02月授与機関:早稲田大学

研究分野

キーワード

電気・電子材料(半導体、誘電体、磁性体、超誘電体、有機物、絶縁体、超伝導体など)、計算物理学、ナノ構造物性、分子動力学

科研費分類

工学 / 電気電子工学 / 電子・電気材料工学

数物系科学 / 物理学 / 数理物理・物性基礎

総合理工 / ナノ・マイクロ科学 / ナノ構造科学

研究シーズ

研究テーマ履歴

2015年-2017年異種酸化物界面の分極を予測するマテリアル・インフォマティクスの開拓

国内共同研究

2014年-2016年計算科学を駆使したNiシリサイドナノワイヤ形成プロセスの完全制御

個人研究

2012年-2014年立体構造半導体/酸化膜界面のハイスループットモデリング技術の開発

国内共同研究

2009年-2012年ナノデバイスのピコ秒物理の解析による揺らぎ最小化設計指針の開発

国内共同研究

2007年-2010年Deal-Grove理論に代わる新しいシリコン熱酸化速度理論の構築とその応用

個人研究

2003年-2006年ダイナミックボンド型大規模分子動力学法の開発

個人研究

2000年-2002年大規模分子動力学計算によるシリコン熱酸化過程の研究

個人研究

1997年-1999年Si結晶表面の再配列構造の成因に関する研究

個人研究

論文

New Linear-Parabolic Rate Equation for Thermal Oxidation of Silicon

T. Watanabe, K. Tatsumura, and I. Ohdomari

Physical Review Letters96p.1961022006年-

Driving force of oxygen-ion migration across high-k/SiO2 interface

Kunugi, Ryota; Nakagawa, Nobuhiro; Watanabe, Takanobu

Applied Physics Express10(3)2017年03月-2017年03月 

DOIScopus

詳細

ISSN:18820778

概要:© 2017 The Japan Society of Applied Physics.We clarified the mechanism of oxygen (O-)-ion migration at a high-k/SiO2 interface, which is a possible origin of the flat-band voltage shift in metal/high-k gate stacks. The oxygen density difference accommodation model was reproduced by a molecular dynamics simulation of an Al2O3/SiO2 structure, in which O- ions migrate from the higher oxygen density side to the lower one. We determined that the driving force of the O--ion migration is the short-range repulsion between ionic cores. The repulsive force is greater in materials with a higher oxygen density, pushing O- ions to the lower oxygen density side.

Anomalous flatband voltage shift of AlFxOy/Al2O3 MOS capacitors: A consideration on dipole layer formation at dielectric interfaces with different anions

Fei, Jiayang; Kunugi, Ryota; Watanabe, Takanobu; Kita, Koji

Applied Physics Letters110(16)2017年04月-2017年04月 

DOIScopus

詳細

ISSN:00036951

概要:© 2017 Author(s).We experimentally investigated the dipole layer formation at Al2O3/AlFxOy (x:y = 1:1 and 1:2.5) interfaces, which would be explicable by considering the anion density difference as the key parameter to determine the dipole direction at the dielectric interface with different anions. Molecular dynamics (MD) simulation of Al2O3/AlF3 demonstrates a preferential migration of O from Al2O3 to AlF3 compared with F to the opposite direction which suggests that anion migration due to the density difference could determine the direction of the dipole layer formed at this interface. In addition, charge separation due to the difference in the anion valences could have certain effect simultaneously.

Evaluation of controlled strain in silicon nanowire by UV Raman spectroscopy

Yokogawa, Ryo; Yokogawa, Ryo; Hashimoto, Shuichiro; Asada, Shuhei; Tomita, Motohiro; Tomita, Motohiro; Tomita, Motohiro; Watanabe, Takanobu; Ogura, Atsushi

Japanese Journal of Applied Physics56(6)2017年06月-2017年06月 

DOIScopus

詳細

ISSN:00214922

概要:© 2017 The Japan Society of Applied Physics. The evaluation of strain states in silicon nanowires (Si NWs) is important not only for the surrounding gate field-effect transistors but also for the thermoelectric Si NW devices to optimize their electric and thermoelectric performance characteristics. The strain states in Si NWs formed by different oxidation processes were evaluated by UV Raman spectroscopy. We confirmed that a higher tensile strain was induced by the partial presence of a tetraethyl orthosilicate (TEOS) SiO2 layer prior to the thermal oxidation. Furthermore, in order to measure biaxial stress states in Si NWs accurately, we performed water-immersion Raman spectroscopy. It was confirmed that the anisotropic biaxial stresses in the Si NWs along the length and width directions were compressive and tensile states, respectively. The Si NW with a TEOS SiO2 layer on top had a larger strain than the Si NW surrounded only by thermal SiO2.

Impact of image force effect on gate-all-around Schottky barrier tunnel FET

Hashimoto, Shuichiro; Kosugiyama, Hiroki; Takei, Kohei; Sun, Jing; Kawamura, Yuji; Shikahama, Yasuhiro; Ohmori, Kenji; Watanabe, Takanobu

2014 IEEE International Nanoelectronics Conference, INEC 20142016年04月-2016年04月 

DOIScopus

詳細

概要:© 2014 IEEE.We demonstrate that the image force effects in low-dimensional Si are highly controllable to achieve the best possible performance of the gate-all-around (GAA) Schottky barrier tunneling FET (SB-TFET). Our finite element electrostatic calculation shows that the image potential lowers near the metal source/drain, whereas it rises in the proximity of the gate insulator. Moreover, the drain induced barrier lowering (DIBL) of GAA-SB-TFET is suppressed by the image forces in a thin Si nanowire of about 4.0nm diameter.

ON current enhancement of nanowire Schottky barrier tunnel field effect transistors

Takei Kohei;Hashimoto Shuichiro;Sun Jing;Zhang Xu;Asada Shuhei;Xu Taiyu;Matsukawa Takashi;Masahara Meishoku;Watanabe Takanobu

Jpn. J. Appl. Phys.55(4)2016年03月-2016年03月 

CiNii

詳細

ISSN:0021-4922

概要:Silicon nanowire Schottky barrier tunnel field effect transistors (NW-SBTFETs) are promising structures for high performance devices. In this study, we fabricated NW-SBTFETs to investigate the effect of nanowire structure on the device characteristics. The NW-SBTFETs were operated with a backgate bias, and the experimental results demonstrate that the ON current density is enhanced by narrowing the width of the nanowire. We confirmed using the Fowler–Nordheim plot that the drain current in the ON state mainly comprises the quantum tunneling component through the Schottky barrier. Comparison with a technology computer aided design (TCAD) simulation revealed that the enhancement is attributed to the electric field concentration at the corners of cross-section of the NW. The study findings suggest an effective approach to securing the ON current by Schottky barrier width modulation.

Positive and negative dipole layer formation at high-k/SiO

Shimura Kosuke;Kunugi Ryota;Ogura Atsushi;Satoh Shinichi;Fei Jiayang;Kita Koji;Watanabe Takanobu

Jpn. J. Appl. Phys.55(4)2016年03月-2016年03月 

CiNii

詳細

ISSN:0021-4922

概要:We show the electric dipole layer formed at a high-k/SiO2interface can be explained by the imbalance between the migration of oxygen ions and metal cations across the high-k/SiO2interface. Classical molecular dynamics (MD) simulations are performed for Al2O3/SiO2, MgO/SiO2, and SrO/SiO2interfaces. The simulations qualitatively reproduce the experimentally observed flatband voltage (VFB) shifts of these systems. In the case of the Al2O3/SiO2interface, a dipole layer is formed by the migration of oxygen ions from the Al2O3side to the SiO2side. By way of contrast, opposite dipole moments appear at the MgO/SiO2and SrO/SiO2interfaces, because of a preferential migration of metal cations from the high-k oxide toward the SiO2layer in the course of the formation of a stable silicate phase. These results indicate that the migrations of both oxygen ions and metal cations are responsible for the formation of the dipole layer in high-k/SiO2interfaces.

Particle-based Semiconductor Device Simulation Accelerated by GPU computing

Suzuki Akito;Kamioka Takefumi;Kamakura Yoshinari;Watanabe Takanobu

日本シミュレーション学会英文誌2(1)p.211 - 2242015年-2015年

CiNii

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ISSN:2188-5303

概要:We demonstrate that the parallel computing with graphic processing unit (GPU) effectively accelerates a particle-based carrier transport simulation called EMC/MD method. The simulation speed is increased by parallelizing the point-to-point Coulomb's force calculation, which is sufficient to accomplish a device characteristic simulation of nanostructured metal-oxide-semiconductor field effect transistor (MOSFET) including source and drain diffusion regions. The EMC/MD simulation powered by GPU computing is a useful tool to investigate the statistical variability analysis of nano-scale transistors.

Effect of a SiO2 layer on the thermal transport properties of < 100 > Si nanowires: A molecular dynamics study

Zushi, Tomofumi;Ohmori, Kenji;Yamada, Keisaku;Watanabe, Takanobu

PHYSICAL REVIEW B91(11)2015年-2015年

DOIWoS

詳細

ISSN:1098-0121

Source-induced RDF Overwhelms RTN in Nanowire Transistor: Statistical Analysis with Full Device EMC/MD Simulation Accelerated by GPU Computing

Akito Suzuki, Takefumi Kamioka, Yoshinari Kamakura, Kenji Ohmori, Keisaku Yamada, and Takanobu Watanabe

IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM 2014) Extended Abstractp.713 - 7162014年12月-

DOI

Current fluctuation in sub-nano second regime in gate-all-around nanowire channels studied with ensemble Monte Carlo/molecular dynamics simulation

Takefumi Kamioka, Hiroya Imai, Yoshinari Kamakura, Kenji Ohmori, Kenji Shiraishi, Masanori Niwa, Keisaku Yamada, and Takanobu Watanabe

IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM 2012) Extended Abstractp.399 - 4022012年12月-

DOI

Impact of Thermal History of Si Nanowire Fabrication Process on Ni Silicidation Rate

Hiroki Yamashita, Hiroki Kosugiyama, Yasuhiro Shikahama, Shuichiro Hashimoto, Kouhei Takei , Jing Sun, Takashi Matsukawa, Meishoku Masahara, and Takanobu Watanabe

Japanese Journal of Applied Physics53p.0852012014年-

DOI

Molecular Dynamics Study on the Formation of Dipole Layer at High-k/SiO2 Interfaces

Ryo Kuriyama, Masahiro Hashiguchi, Ryusuke Takahashi, Atsushi Ogura, Shinichi Satoh, and Takanobu Watanabe

Japanese Journal of Applied Physics53p.08LB022014年-

DOI

Phonon Dispersion in <100> Si Nanowire Covered with SiO2 Film Calculated by Molecular Dynamics Simulation

Tomofumi Zushi, Kosuke Shimura, Masanori Tomita, Kenji Ohmori, Keisaku Yamada and Takanobu Watanabe

ECS Journal of Solid State Science and Technology3p.149 - 1542014年-

DOI

Disorder-Induced Enhancement of Avalanche Multiplication in a Silicon Nanodot Array

Nobuya Mori, Masanori Tomita, Hideki Minari, Takanobu Watanabe, and Nobuyoshi Koshida

Japanese Journal of Applied Physics52p.04CJ042013年-

DOI

Real-Time Scanning Tunneling Microscopy of Au Ion Irradiation Effects on Si(111) Surface

Takefumi Kamioka, Fumiya Isono, Takanobu Watanabe, and Iwao Ohdomari

表面科学33p.153 - 1582012年-

DOI

Challenge for STM Observation of Dopant Activation Process on Si(001): In-Situ Ion Irradiation and Hydrogenation

Takefumi Kamioka, Fumiya Isono, Takahiro Yoshida, Iwao Ohdomari, and Takanobu Watanabe

Physica State Solidi C6p.1418 - 14222012年-

DOI

Dynamic bond-order force field

Takanobu Watanabe

Journal of Computational Electronics10p.2 - 102011年-

DOI

Molecular Dynamics Simulation on Longitudinal Optical Phonon Mode Decay and Heat Transport in a Silicon Nano-Structure Covered with Oxide Films

Tomofumi Zushi, Yoshinari Kamakura, Kenji Taniguchi, Iwao Ohdomari, and Takanobu Watanabe

Japanese Journal of Applied Physics50p.0101022011年-

DOI

Adsorption mechanism of ribosomal protein L2 onto silica surface; a molecular dynamics simulation study

R. Tosaka, H. Tamamoto, I. Ohdomari, and T. Watanabe

Langmuir2010年-

Adsorption mechanism of ribosomal protein L2 onto a silica surface: a molecular dynamics simulation study.

Tosaka Ryo;Yamamoto Hideaki;Ohdomari Iwao;Watanabe Takanobu

Adsorption mechanism of ribosomal protein L2 onto a silica surface: a molecular dynamics simulation study.26(12)2010年-2010年

DOI

詳細

ISSN:1520-5827

概要::A large-scale molecular dynamics simulation was carried out in order to investigate the adsorption mechanism of ribosomal protein L2 (RPL2) onto a silica surface at various pH values. RPL2 is a constituent protein of the 50S large ribosomal subunit, and a recent experimental report showed that it adsorbs strongly to silica surfaces and that it can be used to immobilize proteins on silica surfaces. The simulation results show that RPL2, especially domains 1 (residues 1-60) and 3 (residues 203-273), adsorbed more tightly to the silica surface above pH 7. We found that a major driving force for the adsorption of RPL2 onto the silica surface is the electrostatic interaction and that the structural flexibility of domains 1 and 3 may further contribute to the high affinity.

Simulation of the Heat Transport in a Silicon Nano-structure Covered with Oxide Films

T. Zushi, I. Ohdomari, Y. Kamakura, K. Taniguchi, and T. Watanabe

Japanese Journal of Applied Physics49p.04DN082010年-

Real-Time Scanning Tunneling Microscopy Observation of Si(111) Surface Modified by Au+ Ion Irradiation

T. Kamioka, K. Sato, Y. Kazama, I. Ohdomari and T. Watanabe

Japanese Journal of Applied Physics49p.0157022010年-

Potential energy landscape of an interstitial O2 molecule in a SiO2 film near the SiO2/Si(001) interface

H. Ohta, T. Watanabe, and I. Ohdomari

Physical Review B78p.1553262008年-

In-plane X-ray Diffraction Profiles from Organosilane Monolayer/SiO2 Models

H. Yamamoto, T. Watanabe, and I. Ohdomari

Applied Physics Express1p.1050022008年-

Development of an ion alignment system for rel-time scanning tunneling microscope observation of dopant-ion irradiation

T. Kamioka, K. Sato, Y. Kazama, T. Watanabe, and I. Ohdomari

Review of Scientific Instruments79p.0737072008年-

A molecular simulation study of an organosilane self-assembled monolayer/SiO2 substrate interface

H. Yamamoto, T. Watanabe, and I. Ohdomari

Journal of Chemical Physics128p.1647102008年-

Ensemble Monte Carlo/Molecular Dynamics Simulation of Electron Mobility in Silicon with Ordered Dopant Arrays

T. Terunuma, T. Watanabe, T. Shinada, I.Ohdomari, Y. Kamakura, and K. Taniguchi

Extended Abstracts of the 2008 International Conference on Simulation of Semiconductor Processes and Devices (SISPAD)p.29 - 322008年-

The main factor of the decrease in activity of luciferase on the Si surface

K. Nishiyama, T. Watanabe, T. Hoshino and I. Ohdomari

Chemical Physics Letters453p.279 - 2822008年-

Strain-induced transconductance enhancement by pattern dependent oxidation in silicon nanowire fieldeffect transistors

A. Seike, T. Tange, Y. Sugiura, I. Tsuchida, H. Ohta, T. Watanabe, D. Kosemura, A. Ogura and I. Ohdomari

Applied Physics Letters91p.2021172007年-

A New Kinetic Equation for Thermal Oxidation of Silicon Replacing the Deal-Grove Equation

T. Watanabe, and I. Ohdomari

Journal of Electrochemical Society154p.G260 - G2672007年-

Analysis of binding energies between luciferin and luciferase adsorbed on Si surface by docking simulations

K. Nishiyama, T. Watanabe, T. Hoshino and I. Ohdomari

Chemical Physics Letters439p.148 - 1502007年-

Strain Distribution around SiO2/Si Interface in Si Nanowires; A Molecular Dynamics Study

H. Ohta, T. Watanabe, and I. Ohdomari

Japanese Journal of Applied Physics46p.3277 - 32822007年-

Analysis of Interactions between Luciferase and Si Substrates Using Molecular Dynamics Simulations

K. Nishiyama, T. Watanabe, T. Hoshino and I. Ohdomari

Japanese Journal of Applied Physics45p.1021 - 10252006年-

Structural investigation of organosilane self-assembled monolayers by atomic scale simulation

H. Yamamoto, T. Watanabe, K. Nishiyama, K. Tatsumura, and I. Ohdomari

Journal de Physique IV132p.189 - 1932006年-

Analysis of interactions between green fluorescent protein and Si substrates using molecular dynamics simulations

K. Nishiyama, T. Watanabe, T. Hoshino and I. Ohdomari

Japanese Journal of Applied Physics44p.8210 - 82152005年-

Reactions and Diffusion of Atomic and Molecular Oxygen in the SiO2 Network

K. Tatsumura, T. Shimura, E. Mishima, K. Kawamura, D. Yamasaki, H. Yamamoto, T. Watanabe, M. Umeno, and I. Ohdomari

Physical Review B72p.0452052005年-

Si Island Formation on Domain Boundaries Induced by Ar Ion Irradiation on High-Temperature Si(111)-7x7 Dimer-Adatom-Stacking Fault Surface

M. Uchigasaki, T. Tomiki, K. Kamioka, E. Nakayama, T. Watanabe, and I. Ohdomari

Japanese Journal of Applied Physics44p.L313 - L3142005年-

ダイナミックボンド型分子動力学法の開発

渡邉孝信

化学工業56p.65 - 712005年-

SiO2/Si Interface structure and its formation studied by large-scale molecular dynamics simulation

T. Watanabe, K. Tatsumura, and I. Ohdomari

Applied Surface Science237p.125 - 1332004年-

Improved interatomic potential for stressed Si, O mixed systems

T. Watanabe, D. Yamasaki, K. Tatsumura, and I. Ohdomari

Applied Surface Science234p.207 - 2132004年-

Residual order within thermally grown amorphous SiO2 on crystalline silicon

K. Tatsumura, T. Watanabe, D. Yamasaki, T. Shimura, M. Umeno, and I. Ohdomari

Physical Review B69p.0852122004年-

Large-Scale Atomistic Modeling of Thermally Grown SiO2 on Si(111) Substrate

K. Tatsumura, T. Watanabe, D. Yamasaki, T. Shimura, M. Umeno, and I. Ohdomari

Japanese Journal of Applied Physics43p.492 - 4972004年-

Effects of Thermal History on Residual Order of Thermally Grown Silicon Dioxide

K. Tatsumura, T. Watanabe, D. Yamasaki, T. Shimura, M. Umeno, and I. Ohdomari

Japanese Journal of Applied Physics42p.7250 - 72552003年-

Probability of Atomic or Molecular Oxygen Species in Silicon and Silicon Dioxide

T. Hoshino, M. Hata, S. Neya, Y. Nishioka, T. Watanabe, K. Tatsumura, and I. Ohdomari

Japanese Journal of Applied Physics42p.6535 - 65422003年-

Diffusion of Molecular and Atomic Oxygen in Silicon Oxide

T. Hoshino, M. Hata, S. Neya, Y. Nishioka, T. Watanabe, K. Tatsumura, and I. Ohdomari

Japanese Journal of Applied Physics42p.3560 - 35652003年-

分子動力学法によるシリコン酸化膜の大規模モデリング

渡邉孝信,辰村光介,大泊 巌

表面科学/日本表面科学会23p.74 - 802002年-

An estimate of the Hausdorff dimension of a weak self-similar set

A. Kitada, T. Konishi and T. Watanabe

Chaos, Solitons and Fractals/Elsevier Science13p.363 - 3662002年-

Nucleation site of Cu on the H-terminated Si(111) surface

Physical Review B/American Physics Society642001年-

Initial Oxidation Process of Si(001) Simulated by Using a Parallel PC System

T. Watanabe, K. Tatsumura, A. Kajimoto, K. Ogura, Y. Inaba, and I. Ohdomari

Semiconductor Technology/The Electrochemical Society1p.242 - 2462001年-

Modeling of SiO2/Si(100) interface structure including step and terrace configurations

T. Watanabe, and I. Ohdomari

Applied Surface Science/Elsevier Science162-163p.112 - 1212000年-

Impact of Structural Strained Layer near SiO2/Si Interface on Activation Energy of Time-Dependent Dielectric Breakdown

Y. Harada, K. Eriguchi, M. Niwa, T. Watanabe, and I. Ohdomari

Japanese Journal of Applied Physics/Japan Society of Applied Physics39p.4687 - 46912000年-

Impact of Structural Strained Layer near SiO2/Si Interface on Activation Energy of Time-Dependent Dielectric Breakdown

Y. Harada, K. Eriguchi, M. Niwa, T. Watanabe, and I. Ohdomari

VLSI symposium Tech. Digest/Japan Society of Applied Physicsp.216 - 2192000年-

Kinetics of dimer-adatom-stacking fault reconstruction on laser quenched Si(111) surfaces

K. Shimada, T. Ishimaru, T. Watanabe, T. Yamawaki, M. Osuka, T. Hoshino, and I. Ohdomari

Physical Review B/American Physics Society62p.2546 - 25512000年-

Modeling of SiO2/Si(100) interface structure by using extended Stillinger-Weber potential

T. Watanabe, and I.Ohdomari

Thin Solid Films/Elsevier Science343-344p.370 - 3731999年-

Novel Interatomic Potential Energy Function for Si,O Mixed Systems

T. Watanabe, H. Fujiwara, H. Noguchi, T. Hoshino, and I. Ohdomari

Japanese Journal of Applied Physics/Japan Society of Applied Physics38p.L366 - L3691999年-

Influence of oxygen on the formation of Si(111)-7x7 domains studied by scanning tunneling microscopy

T. Ishimaru, T. Hoshino, H. Kawada, K. Shimada, T. Watanabe, I. Ohdomari

Physical Review B/American Physics Society58p.9863 - 98661998年-

Effect of fixed particles on periodic adatom arrangements on Si(111) unreconstructed surfaces

T.Watanabe, T. Handa, T. Hoshino, and I. Ohdomari

Applied Surface Science/Elsevier Science130-132p.6 - 121998年-

Theoretical investigation on the formation process of the stacking-fault triangle in the Si(111)-7x7 structure

T. Hoshino, N. Kamijo, H. Fujiwara, T. Watanabe, and I.Ohdomari

Surface Science/Elsevier Science394p.119 - 1281997年-

Consideration of atom movement during Si surface reconstruction

I. Ohdomari, T. Watanabe, K. Kumamoto, and T. Hoshino

Phase Transitions/Oversea Publishers Association62p.245 - 2481997年-

Monte Carlo study on formation of periodic structures on Si(111) surfaces

T. Watanabe, T. Hoshino, and I. Ohdomari

Surface Science/Elsevier Science389p.375 - 3811997年-

Mechanism of H2 desorption from H-terminated Si(001) surfaces

T. Watanabe, T. Hoshino, and I. Ohdomari

Applied Surface Science/Elsevier Science117/118p.67 - 711997年-

Real-Time Scanning Tunneling Microscopy Observation of Si(111) Surface Modified by Au+ Ion Irradiation

Kamioka, Takefumi;Sato, Kou;Kazama, Yutaka;Ohdomari, Iwao;Watanabe, Takanobu

JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS49(1)2010年-2010年

DOIWoS

詳細

ISSN:0021-4922

Molecular Dynamics Simulation of Heat Transport in Silicon Nano-structures Covered with Oxide Films

Zushi, Tomofumi;Kamakura, Yoshinari;Taniguchi, Kenji;Ohdomari, Iwao;Watanabe, Takanobu

JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS49(4)2010年-2010年

DOIWoS

詳細

ISSN:0021-4922

Adsorption Mechanism of Ribosomal Protein L2 onto a Silica Surface: A Molecular Dynamics Simulation Study

Tosaka, Ryo;Yamamoto, Hideaki;Ohdomari, Iwao;Watanabe, Takanobu

LANGMUIR26(12)p.9950 - 99552010年-2010年

DOIWoS

詳細

ISSN:0743-7463

Molecular Dynamics Simulation on Longitudinal Optical Phonon Mode Decay and Heat Transport in a Silicon Nano-Structure Covered with Oxide Films

Zushi, Tomofumi;Kamakura, Yoshinari;Taniguchi, Kenji;Ohdomari, Iwao;Watanabe, Takanobu

JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS50(1)2011年-2011年

DOIWoS

詳細

ISSN:0021-4922

Dynamic bond-order force field

Watanabe, Takanobu

JOURNAL OF COMPUTATIONAL ELECTRONICS10(1-2)p.2 - 202011年-2011年

DOIWoS

詳細

ISSN:1569-8025

Development of interatomic potential of group IV alloy semiconductors for lattice dynamics simulation

Tomita, M.; Tomita, M.; Tomita, M.; Ogura, A.; Watanabe, T.

ECS Transactions75(8)p.785 - 7942016年01月-2016年01月 

DOIScopus

詳細

ISSN:19385862

概要:© The Electrochemical Society.We have newly developed the interatomic potential of Si, Ge or Ge, Sn mixed systems to reproduce the lattice constant, phonon frequency, and phonon dispersion relations in the bulk pure group IV crystal and group IV alloys by molecular dynamics (MD) simulation. The phonon dispersion relation is derived from the dynamical structure factor which is calculated by the space-time Fourier transform of atomic trajectories in MD simulation. The newly designed potential parameter set reproduces the experimental data of lattice constant and phonon frequency in Si, Ge, Sn, and SiGe. Furthermore, the Sn concentration dependence of the phonon frequency, which are not yet clarified, is calculated with three type assumptions of lattice constant in GeSn alloy. This work enables us to predict the elastic and phonon related properties of bulk group IV alloys.

Influence of Structural Parameters on Electrical Characteristics of Schottky Tunneling Field-Effect Transistor and Its Scalability

Wu, Yan;Dou, Chunmeng;Wei, Feng;Kakushima, Kuniyuki;Ohmori, Kenji;Ahmet, Parhat;Watanabe, Takanobu;Tsutsui, Kazuo;Nishiyama, Akira;Sugii, Nobuyuki;Natori, Kenji;Yamada, Keisaku;Kataoka, Yoshinori;Hattori, Takeo;Iwai, Hiroshi

JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS52(4)2013年-2013年

DOIWoS

詳細

ISSN:0021-4922

Disorder-Induced Enhancement of Avalanche Multiplication in a Silicon Nanodot Array

Mori, Nobuya;Tomita, Masanori;Minari, Hideki;Watanabe, Takanobu;Koshida, Nobuyoshi

JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS52(4)2013年-2013年

DOIWoS

詳細

ISSN:0021-4922

Phonon Dispersion in < 100 > Si Nanowire Covered with SiO2 Film Calculated by Molecular Dynamics Simulation

Zushi, Tomofumi;Shimura, Kosuke;Tomita, Masanori;Ohmori, Kenji;Yamada, Keisaku;Watanabe, Takanobu

ECS JOURNAL OF SOLID STATE SCIENCE AND TECHNOLOGY3(5)p.P149 - P1542014年-2014年

DOIWoS

詳細

ISSN:2162-8769

A novel hetero-junction Tunnel-FET using Semiconducting silicide-Silicon contact and its scalability

Wu, Yan;Hasegawa, Hiroyuki;Kakushima, Kuniyuki;Ohmori, Kenji;Watanabe, Takanobu;Nishiyama, Akira;Sugii, Nobuyuki;Wakabayashi, Hitoshi;Tsutsui, Kazuo;Kataoka, Yoshinori;Natori, Kenji;Yamada, Keisaku;Iwai, Hiroshi

MICROELECTRONICS RELIABILITY54(5)p.899 - 9042014年-2014年

DOIWoS

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ISSN:0026-2714

Impact of thermal history of Si nanowire fabrication process on Ni silicidation rate

Yamashita, Hiroki;Kosugiyama, Hiroki;Shikahama, Yasuhiro;Hashimoto, Shuichiro;Takei, Kohei;Sun, Jing;Matsukawa, Takashi;Masahara, Meishoku;Watanabe, Takanobu

JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS53(8)2014年-2014年

DOIWoS

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ISSN:0021-4922

Molecular dynamics study on the formation of dipole layer at high-k/SiO2 interfaces

Kuriyama, Ryo;Hashiguchi, Masahiro;Takahashi, Ryusuke;Shimura, Kosuke;Ogura, Atsushi;Satoh, Shinichi;Watanabe, Takanobu

JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS53(8)p.24 - 272014年-2014年

DOIWoS

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ISSN:0021-4922

Auイオン照射によるSi表面改質素過程のリアルタイムSTM観察

神岡 武文;礒野 文哉;渡邉 孝信;大泊 巌

表面科学 : hyomen kagaku = Journal of the Surface Science Society of Japan33(3)p.153 - 1582012年03月-2012年03月 

CiNii

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ISSN:03885321

概要:This article reports the results of real-time scanning tunneling microscopy (STM) observation of Au+ ion irradiation effects on high-temperature Si surface, which was achieved by our original ion gun and STM combined system. Sequential STM images of a Si(111)-7×7 surface kept at 500oC were obtained before, during, and after Au+ ion irradiation with 3 keV. Vacancy islands, which are two-dimensional clusters of surface vacancies, and 5×2-Au structures were formed on the surface and their size were changed during the subsequent thermal treatment. This method enables us to count exact numbers of vacancies and Au atoms on the surface by measuring the sizes of vacancy islands and 5×2-Au reconstructions. The timescale of the growth of the 5×2-Au domain suggests that the implanted Au atoms diffuse to the surface almost without interacting with point defects induced by the ion irradiation.

非対称ホーン形状チャネルにおける電流密度の向上 : EMC-MDシミュレーションによる検討

神岡 武文;今井 裕也;大毛利 健治;白石 賢二;鎌倉 良成;渡邉 孝信

電子情報通信学会技術研究報告. SDM, シリコン材料・デバイス111(281)p.45 - 502011年11月-2011年11月 

CiNii

立体構造シリコン中の熱輸送に関する分子動力学シミュレーション(プロセス・デバイス・回路シミュレーション及び一般)

図師 知文;大毛利 健治;山田 啓作;渡邉 孝信

電子情報通信学会技術研究報告. SDM, シリコン材料・デバイス112(290)p.47 - 522012年11月-2012年11月 

CiNii

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ISSN:0913-5685

概要:ナノMOSFETにおいて形成されるとされる縦波光学(LO)フォノンが滞留した非平衡熱分布,いわゆるホットスポットの熱散逸過程を分子動力学(MD)シミュレーションにより調査した.Bulk-FinとSOI-Fin構造における熱拡散過程を比較し,埋め込み酸化膜(BOX)層がその拡散速度に与える影響を調査した.BOX膜厚を原子層レベルで変化させFin部からSi基板への熱拡散過程を解析したところ,Fin構造ではBOX層の厚さが1原子層であっても大きな熱の拡散バリアになることが分かった.これは,音響フォノンのSi基板への拡散がBOX層の存在により阻害され,その熱がFin中に滞留してしまうこどが原因であることが判明した.本結果は,デバイスの自己発熱効果の対策として,ナノ構造中にSi領域でできた熱の通り道を確保する必要があることを示している.

講演・口頭発表等

分子動力学法による酸化膜被覆型Siナノワイヤのフォノン解析

電気学会 ナノエレクトロニクス集積化・応用技術調査専門委員会2014年03月14日

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口頭発表(一般)

MD法で探る半導体と絶縁膜の界面構造

富士通計算化学ユーザーフォーラム20132013年11月29日

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口頭発表(一般)

Al2O3/SiO2界面の分子動力学シミュレーション

CVD反応分科会 第21回シンポジウム2013年11月19日

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口頭発表(一般)

ナノプロセス研究のための分子動力学計算技術

第8 回プラズマエレクトロニクス分科会新領域研究会2011年10月26日

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口頭発表(一般)

Si 系トンネルFET のシミュレーション

電気学会シリコンナノデバイス集積化技術調査専門委員会「急峻サブスレショルドデバイスの現状と将来展望」2010年11月26日

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口頭発表(一般)

分子動力学法によるGeO2/Ge界面のモデリング -SiO2/Siとの違い-

シリコン材料・デバイス研究会(SDM)2009年06月01日

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口頭発表(一般)

外部研究資金

科学研究費採択状況

研究種別:基盤研究(B)

異種酸化物界面の分極を予測するマテリアル・インフォマティクスの開拓

2015年-2017年

研究分野:電子・電気材料工学

配分額:¥8190000

研究種別:挑戦的萌芽研究

計算科学を駆使したNiシリサイドナノワイヤ形成プロセスの完全制御

2014年-2016年

研究分野:電子・電気材料工学

配分額:¥3900000

研究種別:基盤研究(B)

立体構造半導体/酸化膜界面のハイスループットモデリング技術の開発

2012年-2014年

研究分野:ナノ構造科学

配分額:¥20410000

研究種別:基盤研究(C)

ナノスケールデバイスの過渡的電気・熱連成シミュレーション技術の開発とその応用

2010年-2012年

研究分野:電子デバイス・電子機器

配分額:¥4420000

研究種別:基盤研究(B)

ドーパントイオン照射によるナノスケール表面改質素過程のリアルタイムSTM観察

2008年-2010年

研究分野:薄膜・表面界面物性

配分額:¥18070000

研究種別:若手研究(A)

Deal-Grove理論に代わる新しいシリコン熱酸化速度理論の構築とその応用

2006年-2010年

研究分野:薄膜・表面界面物性

配分額:¥24960000

研究種別:基盤研究(B)

シリコンナノ構造酸化の窒素添加による制御

2006年-2008年

研究分野:薄膜・表面界面物性

配分額:¥17180000

研究資金の受入れ状況

実施形態:共同研究

二眼カメラを搭載したロボットに関し、ステレオ画像からの周辺情報取得技術の研究2015年-

実施形態:共同研究

電子機器ナノテクイノベーションに関する共同研究2015年-

提供機関:科学技術振興機構制度名:戦略的創造研究推進事業実施形態:研究助成金

計算フォノニクスを駆使したオン・シリコン熱電デバイスの開発2015年12月-2019年03月

代表

学内研究制度

特定課題研究

分子動力学法によるナノスケールシリコン熱酸化プロセスシミュレータの開発

2005年度

研究成果概要: ナノスケールSi構造体の熱酸化プロセスを分子動力学計算手法で再現するシミュレーション技術の開発に向けて、SiO2膜の歪分布が酸化種の拡散挙動に与える影響を明らかにするため、ナノスケールSi構造体を覆う酸化被膜構造の大規模モデリン... ナノスケールSi構造体の熱酸化プロセスを分子動力学計算手法で再現するシミュレーション技術の開発に向けて、SiO2膜の歪分布が酸化種の拡散挙動に与える影響を明らかにするため、ナノスケールSi構造体を覆う酸化被膜構造の大規模モデリングを実施した。Si(001)基板モデルを加工して矩形断面をもつシリコン細線構造を作製し、表面から一層ずつ酸化を繰り返して酸化膜部分を形成したところ、細線上面よりも側面にストレスが集中すること、残されたSi細線は側面から圧縮ストレスを受け、格子間隔が基板法線方向に伸びていることが明らかとなった。側壁のストレスが強いことは、Si細線の酸化で残される細線幅が一定となる実験事実を良く説明できる。 また、本研究では、熱酸化を支配する新しいメカニズムも発見した。Siの熱酸化速度理論は、1965年に発表されたDeal-Grove理論がこれまで正当とされてきた。しかし我々の研究で、酸化種が界面に到達後直ちに酸化反応が起こるとするモデルでlayer-by-layer酸化現象が再現されることを突き止めたことから、初期酸化を界面反応律速過程とみなす従来理論を見直す必要が生じてきた。そこで、界面近傍に存在する構造遷移領域で酸化種拡散の活性化障壁が上昇して拡散が抑制され、運よく構造遷移領域を通過し界面に到達できた酸化種は直ちにSi基板を酸化する、とする拡散モデルを仮定した場合の酸化測度方程式を調べたところ、Deal-Groveと同様の線形-放物線形の酸化速度方程式になることがわかった。定数の一部の表式が異なっており、それは構造遷移領域の厚さをパラメータとして含む。この定数が実験値と一致するような構造遷移領域の厚さを求めたところ、約1nmと見積もられた。これはよく知られている構造遷移領域の厚さと一致しており、新モデルの妥当性を裏付けている。

大規模分子動力学法によるナノスケールシリコン構造体中の不純物分布解析

2006年度

研究成果概要: 本研究では、独自の大規模分子動力学シミュレーション技術により、酸化膜で覆われたナノスケールシリコン構造体を計算機上で再現し、SiO2膜の歪み分布を調査した。Si(001)基板モデルを加工して矩形断面をもつシリコン細線構造を作製し... 本研究では、独自の大規模分子動力学シミュレーション技術により、酸化膜で覆われたナノスケールシリコン構造体を計算機上で再現し、SiO2膜の歪み分布を調査した。Si(001)基板モデルを加工して矩形断面をもつシリコン細線構造を作製し、表面から一様に酸化膜部を形成したところ、細線上面よりも側面にストレスが集中すること、残されたSi細線は側面から圧縮ストレスを受け、格子間隔が基板法線方向に伸びていることが明らかとなった。 続いて、この酸化膜モデルの中を拡散するO2分子の界面への到達確率が、界面付近の歪分布に応じてどのように変化するかを予測するプログラムの開発に取り組んだ。界面へのO2分子の到達確率を見積もることで、単位時間あたりの酸化膜の成長膜厚を予測でき、ひいては、シリコンナノ構造体の複雑な酸化膜成長を予測することができる。O2分子は、酸化膜中の格子間サイトに存在し、熱的な励起により隣接するサイト間をジャンプして移動する。そこで、ある格子間サイトを起点とする拡散経路の候補を計算機シミュレーションで探索したところ、酸化膜部の歪に応じて、拡散経路上のエネルギー障壁が大きく変化することを確認した。 また、昨年度に発見した、シリコンの熱酸化を支配する新しいメカニズムについても更に研究を進めた。Siの熱酸化速度理論は、1965年に発表されたDeal-Grove理論がこれまで正当とされてきたが、最近の研究により、初期酸化を界面反応律速過程とみなすDeal-Grove理論を見直す必要が生じてきた。そこで昨年度、拡散律速過程のみで構成される新しい速度方程式を定式化したが、これは乾燥酸素雰囲気中での酸化現象には当てはまるが、水蒸気雰囲気での酸化では、Deal-Grove理論が依然として成立している可能性があることが新たにわかった。そこで、両方程式を統一する拡張版の速度方程式を定式化した。この式の1つの極限が従来のDeal-Grove理論と一致し、もう1つの極限が、昨年我々が定式化した式に一致する。これにより、従来理論と新理論の関係が明らかとなり、適用する系に応じてどのように両理論を使い分けるべきかを明確に示すことができた。

Ⅳ族半導体/酸化膜界面形成メカニズムの統一的解明

2008年度

研究成果概要:本研究では、従来のシリコン熱酸化機構に関する理解を深めるとともに、シリコン以外のⅣ族系半導体材料の熱酸化機構の統一的解明を目的とする展開を図った。その結果、以下の成果を得た。・熱酸化速度の圧力依存性の新理論を提唱40年来信じられて...本研究では、従来のシリコン熱酸化機構に関する理解を深めるとともに、シリコン以外のⅣ族系半導体材料の熱酸化機構の統一的解明を目的とする展開を図った。その結果、以下の成果を得た。・熱酸化速度の圧力依存性の新理論を提唱40年来信じられてきたシリコン熱酸化機構の標準モデル”Deal-Groveモデル”では、乾燥酸素雰囲気中での初期の熱酸化速度のみが非線形な酸素分圧依存性を有する事実についれ明確な説明ができなかったが、研究代表者が提案した新理論の枠組みで酸素分圧依存性を定式化することに成功し、酸化膜とシリコン基板の界面付近の歪みを帯びた層内で、酸素分子の拡散係数が酸素分子濃度依存性を有することでこの現象を説明できることが判明した。・界面遷移領域の分子動力学シミュレーション研究代表者が提唱したシリコン熱酸化の新しい物理モデルの妥当性を検証するため、SiO2/Si界面の大規模モデリングを実施し、格子間O2分子のポテンシャルエネルギーマップを作成した。その結果、新モデルで仮定されていた構造遷移領域内でのポテンシャルの上昇が確認され、新モデルの妥当性が定量的に示された。・GeO2/Ge系のシミュレーションを初めて実現Si以外のⅣ族系半導体への展開の第1歩として、Geの熱酸化膜のモデリングに挑戦した。Ge,O混在系用原子間相互作用モデルを開発し、GeO2/Ge界面の大規模モデルを世界に先駆けて実現した。GeO2/Ge界面の歪みはSiO2/Si系に比べて小さいことが判明し、Geの方が本質的には良好な界面を形成しうることが示唆された。このことは、他機関による最新の実験データとも一致しており、Siに代わる高性能のトランジスタ材料の有力候補としてGeへの関心が一層高まると予想される。

Ⅳ族系半導体の酸化膜形成機構に関する計算科学的研究

2009年度

研究成果概要:研究代表者が発見したSi熱酸化理論を発展させ、Ge、SiGe、SiCなど、工学上特に重要なIV族半導体の酸化膜界面の統一的理解を最終目標に掲げている。本特定課題研究ではGeO2/Ge界面の大規模モデリングを実施するとともに、ナノス...研究代表者が発見したSi熱酸化理論を発展させ、Ge、SiGe、SiCなど、工学上特に重要なIV族半導体の酸化膜界面の統一的理解を最終目標に掲げている。本特定課題研究ではGeO2/Ge界面の大規模モデリングを実施するとともに、ナノスケール半導体の酸化膜が半導体中の電子やフォノンの伝導機構に与える影響を調査した。・GeO2/Ge界面の大規模モデリング前年度に開発したGe,O混在系用原子間相互作用モデルを用いて、代表的な3種類の結晶面のGe基板、すなわち、Ge(100)、Ge(110)、Ge(111)上の酸化膜構造のシミュレーションを実施した。その結果、酸化膜部のストレスならびに界面欠陥密度の基板面方位依存性がSi系と定性的に同様であること、ただしそれらの値は全体的にSi系よりも小さいことが判明した。詳しい解析の結果、Ge系の方がGeO4正四面体構造の結合角歪が小さい事、Ge-O-Ge架橋酸素構造の平衡角が小さい事が、良好な界面を形成できる原因と判明した。・ナノスケール半導体の電子伝導機構酸化誘起歪を印加したナノワイヤトランジスタを独自に作製し、電流駆動能力の結晶方位依存性を調査した結果、p型では(110)面上で、n型では(100)面上で電流駆動能力が向上することがわかった。さらに、ナノワイヤ幅依存性についても調査したところ、バルクSi中のフォノンの平均自由行程(300nm)を下回ると、フォノン散乱が抑制されることが実証された。・ナノスケール半導体中のフォノン伝導機構SiO2膜で挟まれたシート状Si結晶層中の熱伝導シミュレーションを実施した。その結果、Si層が薄くなるほど熱拡散速度が低下すること、SiO2層の厚さは熱拡散速度にほとんど影響しないこと、が判明した。このサイズ依存性の原因として、界面におけるフォノン散乱の影響と、酸化誘起歪によるフォノン分散関係の変調の2つが考えられる。原因を詳しく明らかにするため、フォノンモード解析プログラムを開発した。次年度より、このプログラムを用いて、ナノ構造体中で発生したフォノンの動的挙動を明らかにしていく。

Ⅳ族系半導体と酸化膜の界面特性に関する原子論的考察

2010年度

研究成果概要:Ⅳ族系半導体をベースとした省電力LSI、パワーデバイス、太陽電池技術の更なる発展のため、これら半導体と酸化絶縁膜の界面構造、その形成メカニズム、電気的・熱的特性との関連を、理論計算と実験の両面から、原子レベルで明らかにすることを最...Ⅳ族系半導体をベースとした省電力LSI、パワーデバイス、太陽電池技術の更なる発展のため、これら半導体と酸化絶縁膜の界面構造、その形成メカニズム、電気的・熱的特性との関連を、理論計算と実験の両面から、原子レベルで明らかにすることを最終目標に掲げている。本特定課題研究では、これまでのSiO2/Si界面の研究で培った大規模分子シミュレーション技術を多元素系へ拡張する研究を進めるとともに、酸化被膜で覆われたナノワイヤトランジスタの電気特性評価に取り組み、主に以下の成果を得た。・ナノスケール半導体中のフォノン挙動SiO2膜で挟まれたシート状Si結晶層中における各種フォノンモードの分布の時間発展を分子動力学シミュレーションで調査した。特に、群速度が小さく熱滞留の要因と考えられる縦波光学(LO)フォノンの緩和時間に注目し、SiO2膜厚依存性、Si結晶層厚依存性を調べた。その結果、Si結晶層が薄くなるほどLOフォノンの緩和時間が短くなり、酸化膜厚には依存しないことが明らかとなった。この事は、Si結晶とSiO2膜の界面においてLOフォノンの緩和が促進していることを示唆している。Si結晶のナノサイズ化は熱伝導率が低下することが知られているが、LOフォノンの緩和し熱滞留を抑制するにはむしろ好都合であることが明らかとなった。・ナノワイヤトランジスタの電気特性評価ナノワイヤ型のチャネルを有する新原理トランジスタの性能を、シミュレーションと実験の両面から調査した。本年度は、省電力デバイスの候補として注目されている各種トンネルトランジスタのシミュレーションを実施し、比較検討を行った。実験では、Siのナノワイヤトランジスタを製作し、ナノワイヤを覆う酸化膜厚を薄くするほどトランジスタの電流駆動能力が低下することを確認した。この結果は、酸化膜によって印加されるSi結晶内の歪が電流駆動能力の向上に重要な役割を果たしていることを示している。・多元素混在系用の新型原子間ポテンシャルの開発SiO2/Si系以外の様々な系の大規模分子動力学シミュレーションを実現するため、原子間の結合次数を決定する要素の運動も記述する新しい汎用分子動力学法を考案した。本方法であれば、多元素が混在する複雑な系のポテンシャルも設計でき、なおかつ共有結合の組み換えを伴う化学反応を再現できる。本手法をDynamic Bond-Order Force Fieldと名付け、2011年1月にJournal of Computational Electronics誌で発表した。

低次元半導体結晶における歪場の形成機構とフォノンダイナミクスの解明

2011年度

研究成果概要:酸化絶縁膜に覆われ歪を帯びた低次元半導体結晶の格子ダイナミクスを、理論計算と実験の両面から明らかにすることを最終目標に掲げている。本特定課題研究では、研究代表者が開発した分子動力学計算技術を用いて、ナノサイズの曲率半径を有する酸化...酸化絶縁膜に覆われ歪を帯びた低次元半導体結晶の格子ダイナミクスを、理論計算と実験の両面から明らかにすることを最終目標に掲げている。本特定課題研究では、研究代表者が開発した分子動力学計算技術を用いて、ナノサイズの曲率半径を有する酸化膜-半導体界面モデルを作成し、歪および応力の分布、フォノン分散関係の計算、ならびにシリコンナノワイヤデバイスの製作、低温電気特性評価に取り組み、主に以下の成果を得た。・ナノスケール半導体中のフォノン分散関係の計算分子動力学シミュレーションで得られる原子座標の時系列データを時空間フーリエ変換する方法でSiナノワイヤ構造のフォノン分散関係を計算した。独自に開発したSi,O混在系用原子間相互作用モデルを用いて酸化被膜を形成したところ、バルクSi結晶の分散関係の概形を維持しつつ、音響フォノン分枝の低エネルギー側に新たな状態が発生する傾向が見られた。低エネルギー領域におけるこの状態の出現が、熱伝導係数の低下と関係していると考えられる。・ナノワイヤ型ショットキーダイオードの製作と電気特性評価デバイス間の特性ゆらぎを回避できる新原理トランジスタの候補として、当研究グループではショットキーバリア型トンネルFET(Schottky Barrier Tunnnel FET; SBTFET)に注目している。デバイスシミュレーションによる検討の結果、SBTFETを極細のNW型にした場合、従来型OSFETを凌ぐ電流駆動能力が得られる可能性があることが判明した。この予測を実験的に検証するため、ナノワイヤ型のSBTFETの製造プロセスの立ち上げに取り組んだ。本年度はシリサイド化プロセスによりナノサイズのショットキー接合を形成し、ショットキーダイオード特性の線幅依存性を評価した。・走査型トンネル顕微鏡による立体半導体表面の観察ナノワイヤデバイス中の組成変化や不純物イオン分布をSTMで直接観察する実験に取り組み、高さ50nm、幅1 umの細線構造のSTM像取得に成功した。表面準位を除去しSi中のポテンシャル分布を見やすくするため、STMチェンバー内で水素終端する技術も確立した。

ナノスケール立体形状半導体への不純物導入プロセスのリアルタイムSTM観察

2013年度

研究成果概要:立体型Siデバイスへの高精度な不純物導入のための基礎研究として、3次元加工したSi基板表面へのイオン導入プロセスを、原子スケールかつリアルタイムで観察するための準備を進めた。2011年の震災以降、走査型トンネル顕微鏡・イオン銃複合...立体型Siデバイスへの高精度な不純物導入のための基礎研究として、3次元加工したSi基板表面へのイオン導入プロセスを、原子スケールかつリアルタイムで観察するための準備を進めた。2011年の震災以降、走査型トンネル顕微鏡・イオン銃複合装置(STM/IG)の性能が劣化していたため、除振台、コンプレッサー、リークバルブ、探針粗動機構のモータ部、トンネル電流検出回路の修理・交換を行った。さらに、二次電子検出によるイオンビーム照準機構を立ち上げ、装置性能を向上させた。 このSTM/IG装置を用いて実施したNiイオン照射実験の解析を進め、その成果を国際学会(ACSIN-12)で口頭発表した。イオン照射により生じた欠陥周縁部から優先的にNi原子が析出することを明らかにし、欠陥周縁部の格子空孔とNi原子が強く作用することを確認した。STM/IG装置の実験と並行して、トップダウンプロセスでSOI基板上に形成したSiナノワイヤ(SiNW)のNiシリサイド化実験にも取り組んだ。Niの侵入速度がSiNW形成条件にのどのように依存するかを明らかにするため、不純物濃度依存性と熱履歴依存性を調査した。その結果、Niの侵入速度は不純物濃度にはほとんどせず、熱履歴の異なるプロセスで顕著な差が見られた。イオン注入および活性化アニールをSiNW形成前に行った試料の方が、Niの侵入速度が明らかに大きく、SiNW中に生じた酸化誘起歪みの強度が熱履歴の違いが原因と考察した。この実験から、SiNWのNiシリサイド形成を精密に制御するためには、SiNWの残留歪の制御が重要であることが判明した。 上記の実験を踏まえ、Niシリサイド化反応のSi格子歪依存性を再現する分子動力学シミュレーションの準備にも着手した。酸化膜誘起歪を帯びたSiNWのモデリングを実施し、界面付近の歪がフォノン分散関係に及ぼす影響を分子動力学シミュレーションで調査し、その結果をECS Journal of Solid State Science and Technology誌で発表した。 本特定課題で取り組んだ研究は、2014年度文部科学省科学研究費補助金「挑戦的萌芽研究」に採択された課題の中で、発展的に継続していく予定である。

ナノワイヤ型シリコン熱電発電デバイスの開発

2016年度

研究成果概要:本研究では、Siナノワイヤを用いた熱電発電デバイスの開発に取り組み、以下の成果を得た。1)スケーラブルなプレーナ型熱電発電デバイス構造の発明微細化、高集積化により単位面積当たりの発電パワーが向上する平面型熱電発電デバイス構造を考...本研究では、Siナノワイヤを用いた熱電発電デバイスの開発に取り組み、以下の成果を得た。1)スケーラブルなプレーナ型熱電発電デバイス構造の発明微細化、高集積化により単位面積当たりの発電パワーが向上する平面型熱電発電デバイス構造を考案し、特許出願した。従来提案されていた平面型熱電発電デバイス構造と異なり、基板内部の熱流を遮断するための中空構造を設ける必要がない。2)Siナノワイヤ熱発電デバイスの試作Siナノワイヤを用いた熱電発電デバイスを試作し、ナノワイヤ長を短くすることで発電パワーが向上することを実証した。3)Siナノワイヤの異常熱電発電効果の観測と発現メカニズムの解明n型半導体は負のゼーベック係数を示すが、本研究で作製したn型Siナノワイヤ熱電発電素子で正のゼーベック係数を観測した。この異常現象は、Siナノワイヤの表面準位に捕獲されたキャリアによるポテンシャル変調で説明できることが判明した。

現在担当している科目

科目名開講学部・研究科開講年度学期
工学系のモデリングA基幹理工学部2017春学期
工学系のモデリングA 【前年度成績S評価者用】基幹理工学部2017春学期
理工学基礎実験2A 電子物理基幹理工学部2017春学期
電子物理システム概論基幹理工学部2017春学期
電子物理システム概論 【前年度成績S評価者用】基幹理工学部2017春学期
電子物理システム実験A基幹理工学部2017秋学期
電子物理システム実験A 【前年度成績S評価者用】基幹理工学部2017秋学期
電子デバイス基幹理工学部2017春学期
電子デバイス 【前年度成績S評価者用】基幹理工学部2017春学期
電子物理システム演習C 11前再基幹理工学部2017春学期
電子物理システム演習C 11前再 【前年度成績S評価者用】基幹理工学部2017春学期
電子物理システム実験B基幹理工学部2017春学期
電子物理システム実験B 【前年度成績S評価者用】基幹理工学部2017春学期
電子物理システム実験C基幹理工学部2017秋学期
電子物理システム実験C 【前年度成績S評価者用】基幹理工学部2017秋学期
電子物理システム特別演習基幹理工学部2017秋学期
電子物理システム演習C基幹理工学部2017春学期
電子物理システム演習C 【前年度成績S評価者用】基幹理工学部2017春学期
電子回路B基幹理工学部2017秋学期
卒業論文A基幹理工学部2017春学期
卒業論文A  【前年度成績S評価者用】基幹理工学部2017春学期
卒業論文B基幹理工学部2017秋学期
卒業論文B  【前年度成績S評価者用】基幹理工学部2017秋学期
制御工学基幹理工学部2017秋学期
Research Project A基幹理工学部2017秋学期
修士論文(電子)大学院基幹理工学研究科2017通年
ナノ材料情報学研究大学院基幹理工学研究科2017通年
ナノ材料情報学演習A大学院基幹理工学研究科2017春学期
ナノ材料情報学演習B大学院基幹理工学研究科2017秋学期
ナノ材料情報学演習C大学院基幹理工学研究科2017春学期
ナノ材料情報学演習D大学院基幹理工学研究科2017秋学期
ナノ材料情報学研究大学院基幹理工学研究科2017通年
計算科学クラスター演習大学院先進理工学研究科2017春学期
総合ナノ理工学特論大学院基幹理工学研究科2017春学期
総合ナノ理工学特論大学院創造理工学研究科2017春学期
総合ナノ理工学特論大学院先進理工学研究科2017春学期
総合ナノ理工学特論大学院先進理工学研究科2017春学期
総合ナノ理工学特論大学院先進理工学研究科2017春学期
修士論文(ナノ理工)大学院先進理工学研究科2017通年
Research on Nanomaterials Informatics大学院先進理工学研究科2017通年
ナノ材料情報学研究大学院先進理工学研究科2017通年
計算機実験学概論大学院基幹理工学研究科2017秋学期
Computational Experiments大学院先進理工学研究科2017秋学期
計算機実験学概論大学院先進理工学研究科2017秋学期
Experiments in Nanoscience and Nanoengineering大学院先進理工学研究科2017通年
ナノ理工学専攻特別実験大学院先進理工学研究科2017通年
Materials Nanoarchitectonics大学院先進理工学研究科2017秋学期
材料ナノアーキテクトニクス大学院先進理工学研究科2017秋学期
Seminar on Nanomaterials for Informatics A大学院先進理工学研究科2017春学期
ナノ材料情報学演習A大学院先進理工学研究科2017春学期
Seminar on Nanomaterials for Informatics B大学院先進理工学研究科2017秋学期
ナノ材料情報学演習B大学院先進理工学研究科2017秋学期
Seminar on Nanomaterials for Informatics C大学院先進理工学研究科2017春学期
ナノ材料情報学演習C大学院先進理工学研究科2017春学期
Seminar on Nanomaterials for Informatics D大学院先進理工学研究科2017秋学期
ナノ材料情報学演習D大学院先進理工学研究科2017秋学期
Master's Thesis (Department of Nanoscience and Nanoengineering)大学院先進理工学研究科2017通年
ナノ材料情報学研究大学院先進理工学研究科2017通年