自己発熱効果がナノスケールトランジスタの電気特性に与える影響

摘要

ナノスケールSi-MOSFET内部における非平衡光学フォノンの発生とそれが電気特性に与える影響を数値シミュレーションを用いて解析した．準弾道伝導領域で動作するチャネル長10nm級の微細デバイスでは，ソースから注入された電子は印加電圧から得た運動エネルギーの大半をドレイン内部の局所域（～数10nm）にて光学フォノンを放出することで失う．光学フォノンは群速度が遅いため，熱が周囲に拡散するためにはフォノンーフォノン散乱による音響フォノンへの変換を待たなければならず，その過程がボトルネックとなった場合，非平衡光学フォノン分布，いわゆるホットフォノンが発生する．ホットフォノンの温度は音響フォノン温度よりも100K以上高温となるため信頼性への悪影響が懸念されるが，電流駆動力への影響は比較的軽微である．%Hot phonon generation and its impact on the current conduction in nanoscale Si-MOSFETs are investigated using numerical simulations. In the quasi-ballistic transport regime, injected electrons from the source lose their energies by emitting optical phonons in the drain. Since the group velocity of the optical phonons are very slow, the heat conduction can occur after the phonon-phonon scattering changes the optical phonons to the acoustic phonons, and if this process is too slow, then the hot phonons are generated. We demonstrate that the hot phonon temperature is larger than that of acoustic phonons by > 100 K, which would become a reliability concern, while its impact on the current conduction is not significant.