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

Abstract

強束縛近似法を用いて, 長方形断面を有する[001]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3nm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て有効質量が減少し, 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]ナノワイヤを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.

We calculated the conduction band structures of [001]- and [110]-oriented Si nanowires with 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 4nm can be quantitatively explained by nonparabolicity of the conduction band of bulk Si. In addition, the effective mass of very narrow (< 3nm) [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.