第一原理計算によるひずみシリコンナノ構造チャネルの電子状態解析

摘要

In this paper, we present a comparative computational study on strain effects in Si nanostructures including bulk, thin film and nanowire configurations. We employed a first principles calculation to identify the bandstructure parameters such as band splitting energy and transport effective mass. As a result, we found that bulk Si and Si thin film have similar strain effects on the bandstructure parameters under uniaxial <110> strain. Particularly, the effective mass reduction of electrons due to uniaxial <110> tensile strain is expected even in Si thin film. On the other hand, Si nanowire structure has lighter transport effective mass than the other structures, regardless of the amount of uniaxial strain.%シリコンMOSFET の性能向上を実現する技術として、ひずみシリコンによる高キャリア移動度化に加え、ナノワイヤ等の新構造の導入が注目されている。本稿では第一原理計算を用いて、ひずみを印加したナノ構造シリコンチャネルの電子状態について解析した結果を報告する。まず、バルクシリコンにおいて、〈110〉方向1軸性引張ひずみが電子の有効質量を軽くすることを確認した後、シリコン薄膜とシリコンナノワイヤに対する〈110〉方向1軸性引張ひずみの影響を解析した。その結果、シリコン薄膜はバルクと同様に電子の有効質量が軽くなるのに対して、シリコンナノワイヤは殆ど変化しないことが分かった。一方でシリコンナノワイヤは、バルクや薄膜に比べて小さな有効質量を示す結果が得られており、FET チャネルに応用した場合、その輸送特性が改善する可能性を有している。