テラヘルツ帯トランジスタのためのInAsSbチャネル量子井戸構造成長に関する研究

太赫兹波段晶体管InAsSb沟道量子阱结构生长研究

基本信息

批准号：
21K04158
负责人：
遠藤聡
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Tokyo University of Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

InAsSbをチャネル層に用いた量子井戸構造における電子輸送特性の研究を、実験（結晶成長）とシミュレーション（モンテカルロ計算、バンド計算）を併用して進めている。このうち実験に関しては、初年度（2021年度）は分子線エピタキシー装置のAsクラッキングセルの故障により、InAsSbの結晶成長を行うことが出来なかった。今年度（2022年度）は、修理したAsクラッキングセルを用いてバルクInAsSbのⅤ属元素の組成制御を試みた。電子のΓバレーにおける有効質量が最も軽く、エネルギーバンドギャップが最も小さくなるAs組成0.35を目標値とし、As蒸気圧や成長温度を変化させてバルクInAsSb結晶を300 nm成長した。その結果、Ⅴ族元素比(Sb/As)が約2でAs組成0.35を達成した。現時点では、ノンドープの条件で電子移動度は約7,000 cm2/Vs、電子濃度は約2e17 /cm3となっている。またモンテカルロ法シミュレーションに関しては、実際に作製する層構造に近づけた場合の計算を行った。ソース、ドレイン、ゲート電極を付けた高電子移動度トランジスタ構造のモンテカルロ計算により、As組成0.3～0.4、ドレイン電圧0.3 Vという低電圧において、遮断周波数fT=2.5 THzという高い値が得られた。InAsSbチャネルHEMTは、界面ラフネス散乱や衝突イオン化頻度が小さい低電圧でも高速化が可能であることが分かった。更に第一原理バンド計算プログラムVASPにより、混成密度汎関数理論を用いて以前に計算したInAsSbのΓバレーの電子の有効質量を用いて、バルクモンテカルロシミュレーションを行った。この方法では真性遮断周波数の可能性の限界値が求められ、寄生成分が低減できれば数十THzまで高速化が可能であることが明らかになった。

我们正在结合实验（晶体生长）和模拟（蒙特卡罗计算和能带计算），对使用 InAsSb 作为沟道层的量子阱结构中的电子传输特性进行研究。实验方面，第一年（2021年），由于分子束外延设备的As裂解池故障，InAsSb晶体生长无法进行。本财年（2022 年），我们尝试使用修复的 As 裂解电池来控制散装 InAsSb 中 V 族元素的成分。通过改变As蒸气压和生长温度，将块状InAsSb晶体生长至300 nm，目标As成分为0.35，其中电子Γ谷中的有效质量最轻，能带隙最小。结果，我们实现了 0.35 的 As 成分，V 族元素比率 (Sb/As) 约为 2。目前，在非掺杂条件下，电子迁移率约为7,000 cm2/Vs，电子浓度约为2e17/cm3。关于蒙特卡罗模拟，我们进行了近似实际制造的层状结构的计算。对具有源极、漏极和栅极的高电子迁移率晶体管结构进行蒙特卡罗计算，在 0.3 至 0.4 的低 As 成分和 0.3 V 的漏极电压下，产生了 2.5 THz 的高截止频率 fT。我们发现 InAsSb 通道 HEMT 即使在低电压下也可以高速运行，具有低界面粗糙度散射和低碰撞电离频率。此外，使用第一原理能带计算程序 VASP 进行了批量蒙特卡罗模拟，其中使用了之前使用混合密度泛函理论计算出的 InAsSb Γ 谷中的电子有效质量。在该方法中，确定了固有截止频率的可能性的极限值，并且很明显，如果可以减少寄生分量，则可以将速度提高到数十太赫兹。