In this work, atomistic-level quantum mechanical transport simulations are performed for nanoscale fi eld-effect transistors (FETs) with lateral or vertical heterojunction within the non-equilibrium Green's function formalism. For efficient simulation of such heterostructure FETs, a novel approach is developed where the Green's functions are calculated by complementarily using the two algorithms of the recursive Green's function and the R-matrix. The R-matrix algorithm is extended to seamlessly combine the two methods on the open system, and an algorithm for the electron correlation function based on the extended R-matrix algorithm is also developed. The proposed method significantly reduces simulation time, making rigorous atomistic simulations of heterojunction FETs possible. As an application, device simulations are performed for two-dimensional lateral and vertical heterojunction tunneling FETs modeled through the first-principles density functional theory.
이 논문에서는 원자 구조에 불규칙성이 있는 원자 수준 트랜지스터에 대해 비평형 그린함수 기반 소자 시뮬레이션을 효율적으로 수행하기 위한 방법론을 개발하고, 이를 원자 수준에서 모델링된 이종접합 트랜지스터의 소자 시뮬레이션에 응용하였다. 이종접합, 표면거칠기 등을 갖는 채널 영역은 원자 수준에서 크기가 아주 큰 해밀토니안으로 모사되며, 이는 소자 시뮬레이션에 아주 큰 계산량을 요구하게 된다. 계산 속도를 개선하기 위해, 큰 해밀토니안을 갖는 접합부 영역에서는 R-행렬 방법을 사용하고, 작은 해밀토니안으로 모사되는 단위 격자 영역에 대해서는 재귀적 그린함수 방법을 사용하였다. 이 두 방법을 결합시키 위해서, R-행렬 알고리즘을 열린 경계 조건을 갖는 시스템에 직접 적용할 수 있도록 확장하였다. 제안한 알고리즘을 원자 수준에서 모델링 된 이차원 이종접합 구조들에 대해 적용하였고, 그 결과 제안한 방법론은 기존 방법에 비해 그린 함수들을 계산하는 데에 개선된 계산 효율을 보였다. 본 논문에서는 제안한 알고리즘을 원자 수준 양자 터널링 트랜지스터 시뮬레이션에 적용하였고, 큰 해밀토니안을 갖는 이종접합 구조 트랜지스터에 대한 소자 시뮬레이션에 대해, 제안하는 방법이 효율적인 방법이 될 것임을 보여주었다.
