In recent years, as the channel length has been scaled to the level of several nanometers, the influence of individual atomic interactions has increased. Thus, a modeling approach at the atomic-level is necessary. However, atomic-level models such as density-functional theory and empirical tight-binding have large constraints in dealing with realistically-sized devices due to the huge computational burden. Herein, we propose an efficient scheme to systematically construct a reduced-sized, mode space Hamiltonian and applied it to nano-scale devices. The proposed method for the mode space approach extracts only the transport modes that contribute to the current within a pre-specified energy range and therby construct a reduced-sized mode space Hamiltonian. We have successively implemented the reduced transformation for the non-orthogonal Hamiltonian. Thus, highly efficient quantum-mechanical calculations based on the non-equilibrium Green’s function method are made possible. The methodology was extended for application to irregular atomic structures, and devices with impurities were simulated.
최근 트랜지스터의 채널 길이를 10nm 및 그 이하까지 짧게 형성하는 기술들이 개발됨에 따라, 단일 원자간 상호 작용의 영향력이 증대되었다. 이에 원자 단위 수준의 모델링 접근이 필수적이 되었다. 그러나 밀도 함수 이론 및 밀접 결합 근사 모델과 같은 원자 레벨 모델을 적용한 실제 크기의 소자 분석은 방대한 메모리와 긴 소요 시간이 필요하다는 제약이 따른다. 본 연구에서는 원자 단위 해밀토니안을 모드 스페이스(mode space) 해밀토니안으로 축소 변환하여 나노스케일 소자에 효율적으로 적용하는 방법론을 제안한다. 주요 방법은 소자 구동에 영향을 주는 에너지 레벨 내의 블로흐 스테이트(Bloch state)들을 추출하여 모드 스페이스 해밀토니안을 구성하는 것이다. 비직교 해밀토니안을 축소함을 입증하였으며 이를 원자 단위 반도체 소자 특성 시뮬레이션에 적용하여 효율적인 소자 분석이 가능하도록 하였다. 이 방법론을 확장하여 원자 구조가 불규칙한 구조에 적용하였으며 이를 이용하여 불순물이 있는 소자를 시뮬레이션하였다.
