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。

使用InASSB作为通道层的量子井结构中电子传输性能的研究，使用实验（晶体生长）和仿真（Monte Carlo计算，频段计算）进行。在这些实验中，在第一年（2021年）中，由于分子束外延设备的裂纹细胞的失败，INASSB的晶体生长是不可能的。今年（2022），我们试图使用修复为裂纹细胞来控制散装INASSB的V元素的组成。通过随着蒸气压和生长温度的变化，在300 nm生长了散装INASSB晶体，目标值是AS组成，其中有效的电子质量是最低的，并且能带隙最低。结果，V组元素比（SB/AS）约为2，AS组成为0.35。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。此外，关于蒙特卡洛模拟，在接近实际制造的层结构时进行了计算。高电子迁移率晶体管结构的蒙特卡洛计算，带有源，排水和栅极电极在低电压为0.3-0.4的低电压和0.3V的排水电压下，高度为2.5 THz。已经发现，在低电压下，INASSB通道HEMT可以在低电压下增加，而低电压会增加，而低电压散射散射散射和碰撞频率。此外，使用INASSB的γ谷电子的有效质量进行了批量蒙特卡洛模拟，以前是使用杂交密度函数理论计算的，使用第一原理频带计算程序VASP进行了计算。该方法确定了固有截止频率的可能性的极限值，并且已经发现，如果可以减少寄生成分，则可以加快多达数十THz的速度。