(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ波トランジスタの性能を評価する方法において、
ゲートオーバードライブ電圧によって調整されるプラズマ波速度を第１軸に設定するステップと、
ドレイン−ソース電圧によって調整される電子漂流速度を第２軸に設定するステップと、
前記第１軸と前記第２軸との間の関係式を含むデザインウィンドウを生成することによって、前記プラズマ波トランジスタの性能パラメータ値の変化に応じて前記プラズマ波トランジスタがテラヘルツエミッタとして動作するか否かを検証するステップと、
を含み、
前記デザインウィンドウは、運動量緩和時間によりエミッション境界が変化し、
前記プラズマ波速度及び前記電子漂流速度に対するプラズマ波増加を用いてエミッション境界を決定し、
テラヘルツエミッタとしての機能が保障される最大チャネル長さを算出する、方法。
【請求項２】
前記デザインウィンドウは、チャネル移動度又はチャネル長さの変化に応じてエミッション境界が変化し、
ユーザの入力によりエミッション境界地点を取得し、取得された境界地点に該当する性能パラメータを前記関係式に入力することによって生成される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記デザインウィンドウでエミッション可能な最小マッハ数を示すグラフエッジを用いて前記エミッション境界を導き出す、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
プラズマ波トランジスタの性能を評価する方法において、
ゲートオーバードライブ電圧によって調整されるプラズマ波速度を第１軸に設定するステップと、
ドレイン−ソース電圧によって調整される電子漂流速度を第２軸に設定するステップと、
チャネル長さを第３軸に設定するステップと、
前記第１軸、前記第２軸、及び前記第３軸の間の関係式を含むデザインウィンドウを生成することによって、前記プラズマ波トランジスタの性能パラメータ値の変化に応じて前記プラズマ波トランジスタがテラヘルツエミッタとして動作するか否かを検証するステップと、
を含み、
前記デザインウィンドウは、プラズマ波の動きはアップストリームとダウンストリーム成分に分類し、テラヘルツエミッタのエミッションはマルチ反射によって発生するという性質を用いて次の数式を満足する物理的条件を含むように設計される、方法。
［数式］（プラズマ波速度−電子漂流速度）×運動量緩和時間＞チャネル長さ
【請求項５】
前記デザインウィンドウは、チャネル移動度及びチャネル長さの変化によるエミッション境界の変化を３次元に同時に表現することによって、テラヘルツエミッタとしての機能が保障されるチャネル長さ、プラズマ波速度、及び電子漂流速度の範囲を決定することを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
プラズマ波トランジスタの性能を評価する方法において、
テラヘルツエミッタのチャネル内部で考慮しなければならない物理的条件を予め選定してデザインウィンドウの性能パラメータに入力するステップと、
プラズマ波トランジスタ素子のための複数の物質ごとに前記性能パラメータの変化による視覚的なエミッション態様を３次元プロットによって生成するステップと、
前記複数の物質ごとに生成されたエミッション態様を比較して表示手段上に表示するステップと、
を含み、
前記デザインウィンドウは、
ゲートオーバードライブ電圧によって調整されるプラズマ波速度を第１軸に設定し、ドレイン−ソース電圧によって調整される電子漂流速度を第２軸に設定し、チャネル長さを第３軸に設定し、
前記第１軸、前記第２軸、及び前記第３軸間の関係式に基づいて前記プラズマ波トランジスタの性能パラメータ値の変化に応じて前記プラズマ波トランジスタがテラヘルツエミッタとして動作するか否かを表示し、
前記デザインウィンドウは、プラズマ波の動きはアップストリームとダウンストリーム成分に分類し、テラヘルツエミッタのエミッションはマルチ反射によって発生するという性質を用いて次の数式を満足する物理的条件を含むように設計される、方法。
［数式］（プラズマ波速度−電子漂流速度）×運動量緩和時間＞チャネル長さ
【請求項７】
前記デザインウィンドウは、チャネル移動度及びチャネル長さの変化によるエミッション境界の変化を３次元に同時に表現することによって、テラヘルツエミッタとしての機能が保障されるチャネル長さ、プラズマ波速度、及び電子漂流速度の範囲を決定する、請求項６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体素子及び特性を評価する方法に関し、特に、プラズマ波トランジスタの性能を評価するためのデザインウィンドウ及びこれを活用した評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
テラヘルツ波は、１００ＧＨｚ〜１０ＴＨｚ帯域の未開発周波数リソースとして電磁波スペクトルで赤外線とミリ波との中間領域であって、現在の技術レベルでは進入障壁が極めて高いことから一種のテラヘルツギャップのように認識される未開拓技術分野である。テラヘルツ波の技術は、当初は主に光学的領域であったが、次第にナノ級電子素子／素材技術が発達しながら光工学技術及び電子工学技術が混在する態様に展開しつつある。
【０００３】
電子工学技術として、ＲＴＤ（Ｒｅｓｏｎａｎｔ  Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）、ＳＢＤ（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ  Ｂａｒｒｉｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）などの受動素子に対する研究が盛んに行われ、ＩＩＩ−Ｖ  ＨＢＴ、ＨＥＭＴ素子は、最近では遮断周波数１ＴＨｚまで接近してＳｕｂ−ＴＨｚ動作が可能になった。一方、光工学技術として、光伝導スイッチ、光整流、差周波数発生（ＤＦＧ）、光パラメトリック、テラヘルツ量子カスケードレーザ（ＴＨｚ−ＱＣＬ）、及び単一走行キャリアフォトダイオード（ＵＴＣ−ＰＤ）などのような素子の開発が現実化しながらテラヘルツ技術を牽引している。
【０００４】
現在のナノトランジスタ技術は、より高い動作周波数のために持続的に２０ｎｍまでスケールダウンしているが、トランジットモードにおけるチャネルの縮小化だけでは５００ＧＨｚ以上の帯域で動作することには限界がある。これを克服するための新しい概念の素子であるプラズマ波トランジスタ（Ｐｌａｓｍａ  Ｗａｖｅ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＰＷＴ）は、チャネル電子密度の時空間振動波として定義されるプラズマ波を用いて、トランジットモードの電子漂流速度の１０〜１００倍の速度で動作可能である。このような２Ｄチャネル電子密度のプラズマ共振現象を用いてトランジスタの遮断周波数よりも高い周波数領域で動作するテラヘルツ発振及び検出用プラズマ波トランジスタに関する素子研究はテラヘルツのギャップを埋めるための技術として、全世界的に多くの研究が進められている。
【０００５】
プラズマ波トランジスタを用いたテラヘルツ発振及び検出素子の研究は、１９９３年、米国、ＲＰＩのＭｉｃｈａｅｌ  Ｓｈｕｒ教授が初めて提示した後、２０年間の具現化及び応用への研究が米国、日本、ヨーロッパの大学を中心に行われていたが、依然として商用化レベルに達するテラヘルツ素子及び特性を評価することは技術的に困難であった。
【０００６】
以下で提示する先行技術文献では、プラズマ波のための共振器を用いてテラヘルツ範囲内に到達する技術的な概要と、ドレイン−ソース電流やプラズマ波の周波数に関する相関関係ないしプラズマ波の速度及びドリフト速度の関係を理論的に解説している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Terahertz Emitters、Detectors and Sensors:Current Status and Future Prospects、M.Ghanashyam Krishna、Sachin D.Kshirsagar and Surya P.Tewari、intech.
【非特許文献２】Terahertz Resonant Detection by Plasma Waves in Nanometric Transistors、F.Teppe、A.El Fatimy、S.Boubanga、D.Seliuta、G.Valusis、B.Chenaud and W.Knap、Proceedings of the 13th International Symposium UFPS.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が解決しようとする技術的な課題は、従来の半導体素子基盤の共振型プラズマ波トランジスタテラヘルツ発振器（ＴＨｚ  ｅｍｉｔｔｅｒ）の試験では試験前に該当素子がどれ程の性能を発揮するかに関する基本的な評価方法が不充分であるという問題を解消し、これによって理論と試験の結果との比較し難い技術的な限界を克服することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記技術的な課題を解決するために、本発明の一実施形態に係るプラズマ波トランジスタの性能を評価する方法は、ゲートオーバードライブ電圧によって調整されるプラズマ波速度を第１軸に設定するステップと、ドレイン−ソース電圧によって調整される電子漂流速度を第２軸に設定するステップと、前記第１軸と前記第２軸との間の関係式を含むデザインウィンドウを生成することによって、前記プラズマ波トランジスタの性能パラメータ値の変化に応じて前記プラズマ波トランジスタがテラヘルツエミッタとして動作するか否かを検証するステップとを含む。
【００１０】
一実施形態に係る前記プラズマ波トランジスタの性能を評価する方法において、前記デザインウィンドウは、チャネル移動度又はチャネル長さの変化に応じてエミッション境界が変化し、前記プラズマ波速度及び前記電子漂流速度に対するプラズマ波増加を用いてエミッション境界を決定し、テラヘルツエミッタとしての機能が保障される最大チャネル長さを算出し得る。また、前記デザインウィンドウでエミッション可能な最小マッハ数を示すグラフエッジを用いて前記エミッション境界を導き出すことができる。
【００１１】
一実施形態に係る前記プラズマ波トランジスタの性能を評価する方法において、前記デザインウィンドウは、チャネル移動度又はチャネル長さの変化によるエミッション境界が変化して、ユーザの入力によりエミッション境界地点を取得し、取得された境界地点に該当する性能パラメータを前記関係式に入力することによって生成され得る。
【００１２】
上記の技術的な課題を解決するために、本発明の他の実施形態に係るプラズマ波トランジスタの性能を評価する方法は、ゲートオーバードライブ電圧によって調整されるプラズマ波速度を第１軸に設定するステップと、ドレイン−ソース電圧によって調整される電子漂流速度を第２軸に設定するステップと、チャネル長さを第３軸に設定するステップと、前記第１軸、前記第２軸、及び前記第３軸の間の関係式を含むデザインウィンドウを生成することによって、前記プラズマ波トランジスタの性能パラメータ値の変化に応じて前記プラズマ波トランジスタがテラヘルツエミッタとして動作するか否かを検証するステップとを含む。
【００１３】
他の実施形態に係る前記プラズマ波トランジスタの性能を評価する方法において、前記デザインウィンドウは、チャネル移動度及びチャネル長さの変化によるエミッション境界の変化を３次元に同時に表現することによって、テラヘルツエミッタとしての機能が保障されるチャネル長さ、プラズマ波速度、及び電子漂流速度の範囲を決定し得る。
【００１４】
他の実施形態に係る前記プラズマ波トランジスタの性能を評価する方法において、前記デザインウィンドウは、プラズマ波の動きはアップストリームとダウンストリーム成分に分類し、テラヘルツエミッタのエミッションはマルチ反射によって発生するという性質を用いて次の数式を満足する物理的条件を含むように設計され得る。
【００１５】
上記の技術的な課題を解決するために、本発明の更なる実施形態に係るプラズマ波トランジスタの性能を評価する方法は、テラヘルツエミッタのチャネル内部で考慮しなければならない物理的条件を予め選定してデザインウィンドウの性能パラメータに入力するステップと、プラズマ波トランジスタ素子のための複数の物質ごとに前記性能パラメータの変化による視覚的なエミッション態様を３次元プロットによって生成するステップと、前記複数の物質ごとに生成されたエミッション態様を比較して表示手段上に表示するステップとを含み、前記デザインウィンドウは、ゲートオーバードライブ電圧によって調整されるプラズマ波速度を第１軸に設定し、ドレイン−ソース電圧によって調整される電子漂流速度を第２軸に設定し、チャネル長さを第３軸に設定し、前記第１軸、前記第２軸、及び前記第３軸間の関係式に基づいて前記プラズマ波トランジスタの性能パラメータ値の変化に応じて前記プラズマ波トランジスタがテラヘルツエミッタとして動作するか否かを表示する。
【００１６】
更なる実施形態に係る前記プラズマ波トランジスタの性能を評価する方法において、前記デザインウィンドウは、チャネル移動度及びチャネル長さの変化によるエミッション境界の変化を３次元に同時に表現することによって、テラヘルツエミッタとしての機能が保障されるチャネル長さ、プラズマ波速度、及び電子漂流速度の範囲を決定し得る。
【００１７】
更なる実施形態に係る前記プラズマ波トランジスタの性能を評価する方法において、前記デザインウィンドウは、プラズマ波の動きはアップストリームとダウンストリーム成分に分類し、テラヘルツエミッタのエミッションはマルチ反射によって発生するという性質を用いて次の数式を満足する物理的条件を含むように設計され得る。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の実施形態は、プラズマ波トランジスタエミッタの評価において、エミッション性能に影響を及ぼす性能パラメータを選定してその関係を導出し、試験前にエミッタが理論的にどのような性能を発揮するかを検証することのできるデザインウィンドウを設計することで、プラズマ波トランジスタがテラヘルツ発振器として動作可能であるかを容易に評価することができ、半導体素子に活用され得る様々な物質に対するエミッタ性能評価によって新しい素材を活用したプラズマ波テラヘルツエミッタ開発を誘導することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係るプラズマ波トランジスタの性能を評価する共通概念を示すフローチャートである。
【図２】第１実施形態に係る性能パラメータの変化によるエミッションウィンドウの変化を示す図である。
【図３】第１実施形態に係る性能パラメータの変化によるエミッションウィンドウの変化を示す図である。
【図４】第２実施形態に係る性能パラメータの変化によるエミッションウィンドウの変化を示す図である。
【図５】第２実施形態に係る性能パラメータの変化によるエミッションウィンドウの変化を示す図である。
【図６】第２実施形態に係る性能パラメータの変化によるエミッションウィンドウの変化を示す図である。
【図７】第２実施形態に係る性能パラメータの変化によるエミッションウィンドウの変化を示す図である。
【図８】第２実施形態に係る性能パラメータの変化によるエミッションウィンドウの変化を示す図である。
【図９】本発明の他の実施形態に係るプラズマ波トランジスタの性能を評価する方法を示すフローチャートであって、新しい物理的条件をデザインウィンドウに反映している第３実施形態を提案する。
【図１０】第３実施形態に係る新しい境界を定める方法を説明するためのエミッションウィンドウ及びその変化態様を示す図である。
【図１１】第３実施形態に係る新しい境界を定める方法を説明するためのエミッションウィンドウ及びその変化態様を示す図である。
【図１２】第３実施形態に係る新しい境界を定める方法を説明するためのエミッションウィンドウ及びその変化態様を示す図である。
【図１３】第３実施形態に係る新しい境界を定める方法を説明するためのエミッションウィンドウ及びその変化態様を示す図である。
【図１４】図９に示す実施形態に係る実際の活用例を示すエミッションウィンドウプロットである。
【図１５】図９に示す実施形態に係る実際の活用例を示すエミッションウィンドウプロットである。
【図１６】図９に示す実施形態に係る実際の活用例を示すエミッションウィンドウプロットである。
【図１７】本発明の更なる実施形態に係るプラズマ波トランジスタの性能を評価する方法を示すフローチャートであって、様々な物質を比較して評価できる技術的な手段を提案する。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の一実施形態に係るプラズマ波トランジスタの性能を評価する方法は、ゲートオーバードライブ電圧によって調整されるプラズマ波速度を第１軸に設定するステップと、ドレイン−ソース電圧によって調整される電子漂流速度を第２軸に設定するステップと、前記第１軸と前記第２軸との間の関係式を含むデザインウィンドウを生成することによって、前記プラズマ波トランジスタ性能パラメータ値の変化に応じて前記プラズマ波トランジスタがテラヘルツエミッタとして動作するか否かを検証するステップとを含む。
【００２１】
以下では、本発明の実施形態が採用している共通概念を概略的に提示した後、それぞれの実施形態が実現している技術的な手段を順次提示することにする。
【００２２】
0006324527.tif 000002
【００２３】
以下で提示される本発明の実施形態は、上記のような共通概念を適用したデザインウィンドウを設計するが、各デザインウィンドウを介してエミッションが示される境界地点をどのように確認するかに関する相違点を有する。以下ではそれぞれを説明するようにする。
【００２４】
図１は、本発明の一実施形態に係るプラズマ波トランジスタの性能を評価する方法を示すフローチャートであって、上記で紹介した共通概念を提示している。
【００２５】
ステップＳ１１０において、プラズマ波トランジスタ評価装置は、ゲートオーバードライブ電圧によって調整されるプラズマ波速度を第１軸に設定する。
【００２６】
ステップＳ１２０において、プラズマ波トランジスタ評価装置は、ドレイン−ソース電圧によって調整される電子漂流速度を第２軸に設定する。
【００２７】
ステップＳ１３０において、プラズマ波トランジスタ評価装置は、前記第１軸及び前記第２軸の間の関係式を含むデザインウィンドウを生成することによって、前記プラズマ波トランジスタの性能パラメータ値の変化に応じて前記プラズマ波トランジスタがテラヘルツエミッタとして動作するかを検証する。
【００２８】
［第１実施形態］
前記方法で、ステップＳ１１０及びステップＳ１２０は次のような一連の数式によって解される。以下の数式で用いられる符号及びパラメータの意味は次の通りである。
UO : gate overdrive voltage    ゲートオーバードライブ電圧
UT : threshold voltage    閾値電圧
UG : gate voltage    ゲート電圧
UDS : drain-to-source voltage    ドレイン−ソース電圧
ω'' : plasma wave increment    プラズマ波増加
L : channel length    チャネル長さ
τp : momentum relaxation time    運動量緩和時間
μ : channal mobility    チャネル移動度
m* : electron effective mass    電子有効質量
e : electric charge    電荷量
vinj : injection velocity    注入速度
kB : Boltzmann constant    ボルツマン定数
T : temperature    温度
【００２９】
【数１】
0006324527.tif 000003
【００３０】
0006324527.tif 000004
【００３１】
【数２】
0006324527.tif 000005
【数３】
0006324527.tif 000006
【数４】
0006324527.tif 000007
【００３２】
0006324527.tif 000008
【００３３】
0006324527.tif 000009
【００３４】
上記の実施形態で、デザインウィンドウは、チャネル移動度又はチャネル長さの変化に応じてエミッション境界が変化し、ユーザ入力によってエミッションの境界地点を取得し、取得された境界地点に該当する性能パラメータを前記関係式に入力することで生成される。すなわち、前記デザインウィンドウは、本格的なプラズマ波トランジスタの工程及び試験に先立って今後試験的に確認して取得しなければならないチャネル移動度又はチャネル長さの妥当なパラメータを想定し、前記運動量緩和時間と注入速度を算出し、前記第１軸と前記第２軸との間の関係式に入力することにより生成される。その後、デザインウィンドウの境界線で示される前記プラズマ波速度と前記電子漂流速度を確認してエミッタとして動作するための前記プラズマ波トランジスタの性能を評価することができる。
【００３５】
しかし、このように数式に値を代入してエミッションする境界地点の形態を確認することは多くの時間が費やされるという不便があった。したがって、次の実施形態では、このようなわずらわしい手間を解消して直ちに各境界を決定することのできる関係式を導出した。
【００３６】
［第２実施形態］
本実施形態に係るプラズマ波トランジスタの性能を評価する方法において、デザインウィンドウは、運動量緩和時間に応じてエミッション境界が変化し、前記プラズマ波速度及び前記電子漂流速度に対するプラズマ波増加を用いてエミッション境界を決定し、テラヘルツエミッタとしての機能が保障される最大チャネル長さを算出する。特に、前記デザインウィンドウでエミッション可能な最小マッハ数（ｍｉｎｉｍｕｍ  Ｍａｃｈ  ｎｕｍｂｅｒ）を示すグラフエッジを用いて前記エミッション境界を導出する。
【００３７】
0006324527.tif 000010
【００３８】
一方、次の表１は、テラヘルツエミッタを制作するための物理的条件を示し、数式（５）〜数式（７）はこれに基づいて誘導された。
【表１】
0006324527.tif 000011
【００３９】
【数５】
0006324527.tif 000012
【数６】
0006324527.tif 000013
【数７】
0006324527.tif 000014
【００４０】
図５は、上記の表１によって誘導された前記数式（５）の青色線、前記数式（６）の１０ＴＨｚの点線、及び前記数式（７）の緑色線のように示したエミッションウィンドウである。すなわち、上記で提案された数式（５）〜（７）によって前もって紹介した実施形態１に比べて相対的に早くエミッションウィンドウを確認することができる。
【００４１】
0006324527.tif 000015
【００４２】
0006324527.tif 000016
【００４３】
0006324527.tif 000017
【００４４】
【数８】
0006324527.tif 000018
【数９】
0006324527.tif 000019
ここで、各変数の意味は上記に定義した通りである。
【００４５】
例えば、取得したい範囲が１０ＴＨｚまでであると仮定した場合、デザインウィンドウの左側上段のエッジがエミッション可能な最小マッハ数を意味することを用いて、１０ＴＨｚ境界線を示す数式（６）を変形して数式（９）を導出した。すなわち、数式（６）に数式（８）を活用して数式（９）を取得することができる。
【００４６】
［第３実施形態］
一方、次の実施形態では新しい物理的条件を活用したデザインウィンドウを提案している。
【００４７】
図９は、本発明の他の実施形態に係るプラズマ波トランジスタの性能を評価する方法を示すフローチャートであって、新しい物理的条件をデザインウィンドウに反映している。
【００４８】
ステップＳ２１０において、プラズマ波トランジスタの性能評価装置は、ゲートオーバードライブ電圧によって調整されるプラズマ波速度を第１軸に設定する。
【００４９】
ステップＳ２２０において、プラズマ波トランジスタの性能評価装置は、ドレイン−ソース電圧によって調整される電子漂流速度を第２軸に設定する。
【００５０】
ステップＳ２３０において、プラズマ波トランジスタの性能評価装置は、チャネル長さを第３軸に設定する。
【００５１】
ステップＳ２４０において、プラズマ波トランジスタの性能評価装置は、前記第１軸、前記第２軸、及び前記第３軸の間の関係式を含むデザインウィンドウを生成することによって、前記プラズマ波トランジスタの性能パラメータ値の変化に応じて前記プラズマ波トランジスタがテラヘルツエミッタとして動作するか否かを検証する。
【００５２】
ここで、デザインウィンドウは、チャネル移動度及びチャネル長さの変化によるエミッション境界の変化を３次元的に同時に表現することによって、テラヘルツエミッタとしての機能が保障されるチャネル長さ、プラズマ波速度、及び電子漂流速度の範囲を決定することが好ましい。また、前記デザインウィンドウは、プラズマ波の動きはアップストリームとダウンストリームの成分に分類され、テラヘルツエミッタのエミッションはマルチ反射によって発生するとの性質を用いた数式（（プラズマ波速度−電子漂流速度）×運動量緩和時間＞チャネル長さ）を満足する物理的条件を含むように設計され得る。
【００５３】
0006324527.tif 000020
【００５４】
0006324527.tif 000021
【００５５】
【数１０】
0006324527.tif 000022
【数１１】
0006324527.tif 000023
ここで、各変数の意味は次の通りである。
L : channel length    チャネル長さ
τp : momentum relaxation time    運動量緩和時間
s : plasma wave velocity    プラズマ波速度
vo : electron drift velocity    電子漂流速度
【００５６】
また、エミッションウィンドウの下記の境界を定める物理的条件に限定してプロットで示すと図１０の通りである。また、図１０に示す物理的条件は次のように数式（１２）に示すことができる。
【００５７】
【数１２】
0006324527.tif 000024
ここで、各変数の意味は次の通りである。
ω'' : plasma wave increment    プラズマ波振幅増加値
L : channel length    チャネル長さ
τp : momentum relaxation time    運動量緩和時間
M: mach number    マッハ数
【００５８】
0006324527.tif 000025
【００５９】
したがって、新しい境界線に示したエミッションウィンドウは、図１１に示す通りである。図１１に示す各変数の意味は次の通りである。
ω'' : plasma wave increment    プラズマ波振幅増加値
L : channel length    チャネル長さ
τp : momentum relaxation time    運動量緩和時間
μ : channel mobility    チャネル移動度
m* : electron effective mass    電子有効質量
s : plasma wave velocity    プラズマ波速度
vo : electron drift velocity    電子漂流速度
【００６０】
0006324527.tif 000026
【００６１】
0006324527.tif 000027
【００６２】
0006324527.tif 000028
【００６３】
すなわち、最終的に図１１に示すようなプロットを基本にして、数式（９）の要素を加え、いずれか与えられた物質に対してある程度のチャネル長さまでエミッタを実現することが可能であり、その時のプラズマ波の速度と電子速度範囲がどれ程であるかを図１２に示す３次元プロットに構成して確認することができる。
【００６４】
0006324527.tif 000029
【００６５】
図１３は、次の数式（１３）によって移動度の変化に応じてエミッションウィンドウがどのような態様に変化するかを示す３次元プロットである。
【００６６】
【数１３】
0006324527.tif 000030
【００６７】
以下では、このように設計されたエミッションウィンドウを活用する例を提示することにする。
【００６８】
図１４は、従来における一般的なＳｉで移動度が向上したストレインド（ｓｔｒａｉｎｅｄ）Ｓｉを用いたとき、エミッションウィンドウの拡張と最大ゲート長さが増加することを示すプロットである。
【００６９】
0006324527.tif 000031
【００７０】
図１６は、移動度によるエミッションウィンドウの変化を示す図面であって、新しく提案した素子の移動度が高いほどＩｎＡｓ素子に比べてさらに低い電子漂流速度でエミッタとして駆動可能であることを示す。
【００７１】
0006324527.tif 000032
【００７２】
図１７は、本発明の更なる実施形態に係るプラズマ波トランジスタの性能を評価する方法を示すフローチャートであって、様々な物質を比較して評価できる技術的な手段を提案している。
【００７３】
ステップＳ３１０において、プラズマ波トランジスタの性能評価装置は、テラヘルツエミッタのチャネル内部で考慮しなければならない物理的条件を予め選定してデザインウィンドウの性能パラメータに入力する。
【００７４】
ここで、前記デザインウィンドウは、ゲートオーバードライブ電圧によって調整されるプラズマ波速度を第１軸に設定し、ドレイン−ソース電圧によって調整される電子漂流速度を第２軸に設定し、チャネル長さを第３軸に設定し、前記第１軸、前記第２軸、及び前記第３軸の間の関係式に基づいて前記プラズマ波トランジスタの性能パラメータ値の変化に応じて前記プラズマ波トランジスタがテラヘルツエミッタとして動作するか否かを表示することが好ましい。
【００７５】
また、前記デザインウィンドウは、チャネル移動度及びチャネル長さの変化によるエミッション境界の変化を３次元に同時に表現することで、テラヘルツエミッタとしての機能が保障されるチャネル長さ、プラズマ波速度、及び電子漂流速度の範囲を決定し得る。
【００７６】
さらに、前記デザインウィンドウは、プラズマ波の動きはアップストリームとダウンストリームの成分に分類され、テラヘルツエミッタのエミッションはマルチ反射によって発生するという性質を用いた数式（（プラズマ波速度−電子漂流速度）×運動量緩和時間＞チャネル長さ）を満足する物理的条件を含むように設計され得る。
【００７７】
ステップＳ３２０において、プラズマ波トランジスタの性能評価装置は、プラズマ波トランジスタ素子のための複数の物質ごとに前記性能パラメータの変化による視覚的なエミッション態様を３次元プロットによって生成する。
【００７８】
ステップＳ３３０において、プラズマ波トランジスタの性能評価装置は、前記複数の物質ごとに生成されたエミッション態様を比較して表示手段上に表示する。
【００７９】
上記では本発明に対してその様々な実施形態を中心に説明した。本発明に属する技術分野で通常の知識を有する者であれは、本発明が本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲で変形された形態に実現できることを理解できるであろう。したがって、開示された実施形態は限定的な観点でなく、説明的な観点で考慮されなければならない。本発明の範囲は前述した説明でなく特許請求の範囲に示されており、それと同等な範囲内にある全ての相違点は本発明に含まれたものと解釈されなければならない。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
前述した本発明の実施形態によると、プラズマ波トランジスタエミッタの評価において、エミッション性能に影響を及ぼす性能パラメータを選定し、その間の関係を導出して試験前にエミッタが理論的にいかなる性能を発揮するかを検証できるデザインウィンドウを設計することで、プラズマ波トランジスタがテラヘルツ発振器として動作可能であるかを容易に評価することができ、半導体素子に活用され得る様々な物質に対するエミッタ性能評価によって新しい素材を活用したプラズマ波テラヘルツエミッタの開発を誘導することができる。
【００８１】
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【００８２】
さらに、主なパラメータを選定し、これを評価軸に配列して素子の性能を評価することのできる評価方法を提案することで、従来におけるテラヘルツエミッタで活用できなかった素材を活用した素子開発に役に立つ技術であると期待される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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