大阪大学 大学院工学研究科 電気電子情報工学専攻
電子工学部門 集積エレクトロニクス講座
集積量子デバイス領域

森研究室


新材料・新構造・新原理を用いたデバイス・集積システムの実現に向けて,計算物理をベースとした理論的な研究を行なっています.量子デバイスにおいて原子レベルで発現する物理現象の解明から,集積システムの高性能化に至る,広い階層をまたぐ研究を行なっています.

極微細デバイスにおける量子輸送シミュレーション

これまでは,電子を古典力学に従って運動する粒子として扱い,デバイスを連続体として扱うという枠組みの中で,半導体MOS型トランジスタの設計・解析が行われてきました.しかし,極めて微細なデバイスのシミュレーションにおいては,電子が量子力学に従って運動するという量子性や,デバイスが原子から構成されているという原子論的な効果を無視することができません.そこで,本研究室では,原子論的な量子輸送計算に基づく,デバイス創成シミュレータの開発を行なっています.ポスト「京」コンピュータなどの大規模な計算機で動作させることを目標にしています.

パワーデバイスのモデリング・シミュレーション

シリコンカーバイト(SiC)や窒化ガリウム(GaN),ダイヤモンド(C)などのワイドバンドギャップ半導体を用いることにより,現在主流であるシリコンに比べ,エネルギー効率の極めて高い電力制御デバイスを実現できます.本研究室では,第一原理計算とよばれる量子論に基づく電子状態計算手法をベースに,いまだ物性の良く分かっていないこれら新材料の電気伝導特性を予測するシミュレータの開発を行っています.

シミュレーション技術を活用した半導体デバイスの設計,信頼性予測

シミュレーションを活用してデバイスの設計や解析を行うTechnology Computer Aided Design(TCAD)は,今や半導体デバイスの開発に欠かせない技術となっています.本研究室では,TCADを駆使することにより,新しい半導体デバイスの設計や評価を行っています.具体的には,放射線に強いと考えられている,次世代不揮発メモリが誤動作(ソフトエラー)を起こす確率の予測や,毎秒10億枚の撮影が可能な超高速撮像素子の設計・解析を行っています.

フォノン輸送,熱電変換デバイス,熱管理技術

集積回路内で発生する熱の制御が現在大きな課題となっています.この課題の解決を目指し,電子とフォノンの輸送方程式を同時に解く,新しいデバイスシミュレータの開発を行なっています.熱電変換デバイスの高効率化や,計算と熱の物理といった原理的な問題にも取り組みながら,集積量子デバイスの性能向上を目指した研究を行なっています.

低電圧動作アナログ・ディジタル集積回路技術

センサネットワークやウェアラブルセンサなどには,アナログ集積回路(増幅回路,発振回路,A/D変換器など)が応用されています.これを0.5 V以下の低電源電圧で動作させることで,低消費電力化を目指します.デバイス特性や各種デジタル支援技術の活用に加え,雑音や素子特性ばらつきの統計性なども利用した,革新的な集積回路技術の開発を行っています.これらの技術を結集し,様々な集積システムへの展開も進めます.

非接触電力転送技術を応用した小型集積システム

高周波を用いて電力を非接触で供給することで動作する小型集積システムとその応用を研究しています.これは,液体中など外部配線の困難な環境下で小型化学分析センサなどを動作させるために非常に重要な技術です.具体的には,小型集積システム上で細胞などの微粒子を電気的に操作する技術を研究しています.

研究室のでき事

濱口智尋先生が瑞宝中綬章をご受章

濱口智尋先生が秋の叙勲で瑞宝中綬章をご受章されました.これは先生の多年にわたる半導体物理の教育・研究における功績と業績に対するものです.先生のご受章を心よりお喜びいたします.

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