長方形断面Siナノワイヤの伝導帯構造の断面形状およびサイズ依存性

摘要

We calculated the conduction band structures of [001]- and [110]-oriented Si nanowires widi rectangular cross section using a tight-binding approximation and investigated the dependence of the band structures on those cross-sectional shapes. By comparing them with the full-band distribution of bulk Si, the subband structures of Si nanowires with the width over 4 nm can be quantitatively explained by nonparabolicity of the conduction band of bulk Si. In addition, the effective mass of very narrow (< 3 nm) [110] nanowires is decreased by a valley splitting and it depends on the cross sectional shapes of the nanowires. It is expected that n-MOSFETs with such nanowires have superior characteristics.%強束縛近似法を用いて，長方形断面を有する［0011]および［110］Siナノワイヤの伝導帯構造を計算し，断面形状の違いによるバンド構造の変化を検討した．バルクSiのフルバン．ド分散との比較解析により，一辺が4nm以上の断面をもつナノワイヤのサブバンド構造を，バルクSi伝導帯の非放物線性に基づいて定量的に説明できた．また，両辺が3 nm 以下の断面を有する［110］方向のナノワイヤでは，縮退した谷の分裂によっ七有効質量が減少し，この効果は断面形状に大きく依存することを見出した．このようなサイズの［110]けノワイヤをn チャネルとして用いることで，MOSFET の性能向上が期待できる．