平成 15 年度地球シミュレータ共同プロジェクト利用報告会

利用責任者名 ： 宮下敦巳 （日本原子力研究所 高崎研究所）

共同プロジェクトテーマ ： 耐放射 線性 SiC デ バイス用酸化膜の第一原理分子動力学シミュレーション

発表要旨

１．プロジェクトの目的

シリコンカーバイド（ SiC ）を用いた半導体デバイスは、耐放射線にすぐれ、高電圧、高温での動作が可能なことから、従来の半導体デバイスでは動作が困難な、原子炉や宇宙環境等、極限環境下で用いられる素子として期待されている。 SiC トランジスタは、 SiC 表面酸化膜を利用して MOS 構造を形成するが、 SiC/SiO₂ 界面には Si/SiO₂ 界面に比べて界面欠陥が約 100 倍多く存在しており、チャネル内の電子移動度は理論的に予測される値よりも遥かに低い値しか実現できていない。界面欠陥の原子構造からその電気特性を推定することは非常に困難であるため、第一原理分子動力学法を用い計算機上で界面欠陥構造を生成し、エネルギー準位や荷電状態等の電気特性を算出することで、界面欠陥の物理構造とその電気特性との関連性を明らかにする。これにより、 SiC 結晶表面の酸化膜成長メカニズムを明確にし、 MOSFET の電気特性を最大限に引き出せる物理的界面形成法の開発指針を得る。

２．今年度当初の計画

平成 15 年度の当初計画は以下のとおり

• VASP の地球シミュレーターでのチューニング
• MD シミュレーションによる急冷で SiO₂ アモルファス化を行いアモルファス SiO₂ /SiC 界面を生成
• アモルファス SiO₂ /4H-SiC(0001) 界面への欠陥導入シミュレーションと電子構造解析
• アモルファス SiO₂ /4H-SiC(0001) 界面における界面中間層を含んだ構造のモデル化とシミュレーション

３．今年度得られた成果、および達成度

＜成果＞

• VASP コードの地球シミュレータへのポーティングを行い、ベクトル化チューニングについては 10 ノード 80CPU でのベクトル化率約 98.6% とほぼ完了した。
• 各種シミュレーション計算については第 3 四半期より計算開始し、 113 原子の小規模 SiO₂ /SiC 界面モデルで MD シミュレーションにおける急冷アモルファス化のパラメータを導出した。
• 大規模 SiO₂ /SiC 界面モデルでの計算は現在継続中である。

＜達成度＞

• VASP の地球シミュレータへの導入とベクトル化チューニングについてはほぼ予定通りであるが、並列化率向上についてはこれからも進めていく。
• 各種シミュレーション計算について今年度は主にパラメータ導出と小規模計算を目指し、それについては年度末までには予定通りの成果が上げられる。大規模界面計算については、割り当て CPU 時間の中では今年度中に計算完了することは難しい。