RISTニュース No．
５８（２０１５）

大規模シミュレションを活用した新奇ナノ炭素による量子デバイスの創案に関する調査研究
Sur
veyResearc
honDevelopme
nto
fFutureNanoCarbonQuantum Devi
cesthroughLargescaleSi
mulations
一般財団法人高度情報科学技術研究機構
中村賢、荒木 拓海、手島 正吾
これまでコンピュータやインターネットの発展はシリコンデバイスの微細化による高速化によって支えられてきた。しかしシリコンデバイスは特性面で理論値限界に近づいている。こうした状況の下、ナノ炭素による量子デバイスがシリコンデバイスの後継として期待されている。そこで昨年度、新技術振興渡辺記念会より科学技術調査研究助成を受け、ナノ炭素による量子デバイス開発の動向調査を実施した。調査は初めに近年の新奇ナノ炭素の複合構造からなる新量子デバイスの研究開発動向に焦点を当て進めた。次に量子効果の把握が可能な大規模シミュレーションを試行的に活用し、新奇ナノ炭素による量子デバイスの実現可能性を評価した。本誌ではその内容の一部を紹介する。
１．はじめに幅が数ナノメートルの微細化限界に近づき、これまでRI
ST東京事業所では、大学とのトンネル量子効果による漏洩電流、電力消費共同研究によりスパコンプロジェクトでソフの増大、高温化のために、ムーアの法則にトの開発および大規模高速化、 企業との共沿った性能の伸びは期待できなくなった。こ同研究によりナノ分野では次世代デバイス・のため、これを補って演算の高速処理性を向新素材のシミュレーション先行研究など、ス上させるため、プロセッサの大規模な並列処パコンを活用したシミュレーション技術、応理に活路を求め、いまや約百万個から数億個用分野で、活動を続けている。

程度の並列状態に至ろうとしている。このた

昨年度、新技術振興渡辺記念会より科学技め、各プロセッサ間のデータ通信、メモリと術調査研究助成を受け、次世代の量子デバイのデータ転送等において、逆に電力を消費ス開発の調査研究を実施したので、その内容し、さらに数学的にも難しい複雑なアルゴルの一部を本誌で紹介する。

リズムを利用者に要求するジレンマに嵌まり米国、欧州、中国等は、大規模な先端科学込んだ。

シミュレーションが自国の科学技術、産業のこうした状況から抜け出すためには、わが国際競争力の向上に効果があることに注目

国は独創的な新プロセッサ開発を図り、国際し、近年、各国ともに戦略的な国家基盤技術競争力の強い新世代の高性能スパコンの開発として高性能スパコンを導入しその利用環境を進める必要がある。新世代スパコンの技術の整備を急速に図っている。しかし、超高速要求度の高い新プロセッサを開発するためにスパコン開発は、近年、大きな技術課題に直は、その基本となる低コスト、低電力、超高面している。具体的には、微細化による性速応答性、ナノスケールの微細化を有する独能、集積度、電力効率の向上を図ってきたプ

創的な新しいデバイス、例えば、量子効果をロセッサにおいては、トランジスタのゲート含む超高速スイッチ性能を有する新量子デバ−14−

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イスを創案することが必要である。新しい量ロニクス」を選んでいる。MOSFETに用い子デバイス開発においては、従前のシリコンるカーボンナノチューブやグラフェンの開発系技術基盤に捉われず、且つ中国、韓国等にには集中的な研究が必要であるが、それらはキャッチアップされ難い非シリコン系の特異CMOSを超えた新しい情報処理のパラダイな新奇材料の活用がポイントとなる。既に、ムの発見につながる基盤技術や科学的な知見

２０１２年、ＩＢＭは先行的にシリコンでは限界を与えることになる。といわれるゲート幅１０ナノメータ以下のプロ炭素を基盤とするナノエレクトロニクスのセッサをカーボンナノチューブで実現する開領域は２つの関連したトピック（カーボンナ発を開始している。

ノチューブとグラフェン）に分けることがでわが国が得意とするナノテク分野においてきる。

は、最近、量子的に興味深い電子特性を発現

２
カーボンナノチューブは、sp軌道で結合する新奇ナノ炭素の構造の存在がシミュレーした炭素原子からなる層が単層ないし多層のション研究から明らかになってきた。例えカイラリティの異なる柱状構造を形成するこば、ナノチューブ、グラフェン、等の複合構とで、金属的ないし半導体的特性を示す。カ造においては量子効果を含むバリスティク電ーボンナノチューブのMOSFET応用に関す子伝導性、選択的な経路の電子伝導，形状選る研究では、カーボンナノチューブがかなり択による半導体的な電子状態の設定など新しの距離にわたって弾道的な伝導特性を示す優い量子デバイスの候補となりうる、応用性のれた電子伝導特性を有することが示されてい高い特性が得られている。

る。柱 状 の カ ー ボ ン ナ ノ チ ュ ー ブ を 縦 型

調査研究の一環として、RI
STでは、基礎研

MOSFETに用いることで、「ゲートオールア究として、ナノ炭素複合構造体のバリスティラウンド（ゲートをベースで囲う構造）」とい

ク電子伝導性特性を大規模シミュレーション

うトランジスタの理想的なMOSFET構造をを活用して、分析・評価を実施したのでこれ実現でき、それによりチャネルの静電状態のらを紹介し、最後に全体のまとめを述べる。

理想的な制御を実現できる。これにより、短チャネル効果（DIBL：縮小化による電流の２．量子デバイスの調査研究

漏れ）を最小にできる。カーボンナノチューI
TRSの資料（http://semicon.
jeita.
or.
jp/
STブ は ま た、６０mV/
decよりも小さいサブス

RJ/ITRS/
2011/）から、近年のナノ炭素デバレッショルドスロープを実現可能なバンド間

イ ス に 関 す る 研 究 開 発 や 課 題 を 調 べ た。

トンネルMOSFETにも適用可能であり、低I
TRSは２年ごとに世界の半導体に係わる研消 費 電 力 動 作 に 繋 が る。し か し、CNT-

究者や企業が参画し作成する、研究開発からMOSFETの主要な課題は、位置やその精度、実用までのロードマップである。このロード

カイラリティ、伝導度、直径、単層･多層、マップを基に、世界の研究者から企業までがエネルギーバンドギャップなどを制御しての膨大な費用の掛かる半導体関連の研究開発を成長プロセスが無いことである。

効率的に実施している。特に量子デバイスに２グラフェンは、sp軌道で結合した炭素原係わる章は、新探究デバイスと新探究材料の子が単一の平面層を形成する。グラフェンナ章である。

ノリボンは、カーボンナノチューブを縦にI
TRSでは、情報処理技術の基盤である半２カットして開いたsp軌道で結合した炭素原導体技術を今後もスケール可能とする有力な子からなる単一原子層リボンないし平面と見候補として「炭素を基盤とするナノエレクトることができる。CNT MOSFET同様、グラ−15−

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フェンナノリボンMOSFETは、アナログや量子論的効果を適切に導入する、新しいモデRF応用に適した弾道的電子輸送特性と優れル・解析法・アルゴリズムが必要である。そたMOSFET特性を示す。しかしながら、カして、エクサスケールの超大規模高速計算機

ーボンナノチューブでは、必要なIon 電流をはさらに研究を加速させる助けとなるであろ得るために複数のCNT MOSFETを平行にう。

結 合 す る 必 要 が あ る の に 対 し て、GNR

RI
ST東京事業所では、 これまでに、新奇MOSFETでは、その幅を拡げることによりナノ炭素材料分野において大規模シミュレー必要なIon 電流を達成できるというメリットションを活用して、国内外の研究チームと意がある。グラフェンは、このほかにも疑似ス

見交換、討論を重ね、主に国内については信ピンや有効電荷質量ゼロと言った新しい物理

州大学の遠藤教授、また米国、欧州等につい現象を示し、これらを利用することで、情報てはナノチューブの国際学会（Int
er
nat
ional

処理における独立した新しい電荷移動型のパCo
nferenc
eont
heSc
ienc
eandAppl
ication

ラダイムを実現できるかも知れない。グラofNanotubes）の サ テ ラ イ ト 会 議 で あ る

フェン開発における主要な課題は、適切な基CCNT（Computational Challenges and板上に大面積のグラフェン膜をエピタキシャ

ToolsforNanotubes）を通じて、ミシガン州

ル成長させる適当なプロセスが無いことであ立大学のトマネク先生と意見交換、研究開発

る。また、MOSFETのチャネルを原理的にを続けてきた（写真はCCTN、２０１
３年６月開

オフできないことはGNR MOSFETをデジタルロジック素子として用いることを現状では不可能にしており、主要な課題となっている。
３．量子デバイス研究を促進する大規模シミュレーション
近年、半導体結晶成長技術と微細加工技術の急速な進歩により、１次元材料の中には、そのスケール長が電子の平均自由行程と同程度の大きさの線材が作れるまでになった。中催、タリン・エストニアにおいて）。

でもカーボンナノチューブなどのナノ炭素構

RI
STではナノ炭素の新奇構造のカーボン造体は、数nmという微細な構造を持ち、ナノナノチューブとグラフェンの融合体などを対エレクトロニクス素子への応用が期待されて象として次世代量子デバイスになりうる材料いる。しかし、非常に微細な構造のために取に対し、計算手法の開発、コード開発、応用り扱いが困難であり、特に電子デバイスへの研究などを幾つか試みた。そこでは、構造特応用に必要な加工の指針及び電気抵抗などの有の量子伝導特性、状態密度などを評価しつ物性値を高い精度で実験から知ることは難し

つ、新量子デバイスとしての可能性の評価やい。こうした点で設計・加工の指針や構造特設計の指針を探索してきた。以下でそれらを有の量子伝導特性を評価できるシミュレー紹介する。

ションの役割は非常に重要となってくる。
量子デバイス研究を加速的に進歩させるた３．
１ シミュレーション
CNTト ラ ン ジ ス タ の 時 代 に 先 駆 け て、めには、大規模シミュレーションを活用し、−16−

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RI
STではカーボンナノチューブだけではなリーン関数によって表される。グリーン関数

く、カーボンナノチューブとグラフェンの融はハミルトニアン行列を使って計算される合構造体などを対象としたシミュレーション

９０ではこのハミルトニアンとが、WANNIERを行った。その結果、ナノ炭素構造のデバイして、第一原理計算の結果から自動的に構築

スを創案する場合は、伝導に重要な寄与を果されるTightbindi
ng模型のハミルトニアンたすπ電子をどのように操作するかが重要とを使用する。今回のシミュレーションの手順なることが分かってきた。このことからシとしてはQuantum Espresso
で構造緩和、電ミュレーションは新規量子デバイスの設計指子状態（波動関数）により情報を得て、それ針、検討に非常に有用であると言える。

らの情報を使ってWANNI
ER
９０で伝導の計

今回シミュレーションに用いた計算コード

算をすることとなる。

はQuantum Es
pressoとWANNIER９０である。
Quantum Espresso
はトリエステ大学で開発

３．
２ カーボンナノチューブ、グラフェンの伝導特性された第一原理計算コードで、平面波を基底３．
２．
１．カーボンナノチューブ（５，５）とした擬ポテンシャル法を用いている。このQuantum Espresso
はナノ炭素構造体の電子ナノ炭素構造体の伝導特性を見る前に、ま状態の計算やナノチューブとグラフェンの融ず初めに伝導に寄与する電子がどのような状合体などの構造緩和に用いた。また、この態にあるのかをカーボンナノチューブ

Quantum Espressoの電子状態の計算結果か（CNT）を例にとって見る。例として（５，５）

ら、Tightbindi
ng模型を自動的に構築するの 螺 旋 度 を 持 つCNTに 対 し て、Quantum

コードがWANNIER９０である。
WANNIER９０

Es
pressoから得られるMLWFを基底としたはインペリアル・カレッジ・ロンドン（ICL）
、Ti
ght
bindi
ng模型を構築した。CNT（５，５）

オックスフォード大学等で共同開発されたコに対するMLWFの計算では第一原理計算とードであり、このコードで構築されるTight-

してC原子１００個のスーパーセルで計算を行

binding模 型 の 基 底 関 数 はMaximallyい、このBloch関数（波動関数）の情報から、

LocalizedWannierFunctions（MLWF） とMLWFの初期軌道としてC原子の位置に１００呼ばれる。MLWFは近接原子の波動関数の個のpz軌道、C−Cボンドの中心に１５０ 個のs重なりや共有結合を取り込んだ空間的に局在軌道の計２５０ 個のMLWFを選択して計算をした軌道である。また、MLWFの中心位置行った。これらの初期軌道から局在化の計算は電子分布の平均位置を表し、化学結合に関を行ったところ、最終的なMLWFとして次する知見を得るのも容易である。の図１に示す二つの特徴的な形が得られる。

Quantum Es
pressoで計算される電子状態

図１の（a）
はC−Cボンドに中心を持つMLWFは電子系にエネルギーが流れ込まない平衡状であり、これはσ結合を表す軌道である。一態を扱っている。一方、デバイスのように伝方、図１の（b）はC原子の位置に中心を持つ導特性を評価する場合は、エネルギー状態のMLWFであり、π軌道を表す。ただし、この異なる電極が取り付けられ、電子の移動が発π軌道は隣接するC原子方向にわずかに伸び生し、外部とのエネルギーのやり取りが生じた形をしている。σ軌道のエネルギー準位る非平衡状態を取り扱う必要がある。この非（ハミルトニアンの対角部分） は非常に深い平衡状態での電子状態と伝導計算を記述する位置（E〜−１１．
３８eV）にあり、飛び移り積手法として、非平衡Green関数法がある。非分は隣接するσ 軌道間で大きい値（t〜２eV）

平衡グリーン関数法ではコンダクタンスはグをとるので結合力が強い。それに対しπ 軌−17−

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道は軌道のエネルギー準位が浅く（E〜−２．
７８ eV）、結合πバンドと反結合π*バンドを形成する。
このようにCNTにはCNT自身の骨格を形成するのに必要なσ軌道とある程度自由に動くことができるπ軌道の二種類の軌道が存在する。σ軌道はCNTの骨格を成すために電子が完全に詰まっており、左右の電極に電位差を与えた際の伝導への寄与は小さい。逆に
図２：CNT（５，５）の状態密度（Densit
yofState：DOS）

π軌道は電子が部分的にしか詰まっていない

図１：CNT（５，５）の電子状態から得られた
MLWF；（a）はσ軌道を表し、（b）はπ軌道を表す
図３：CNT（５，５）のコンダクタンスので、伝導にメインに寄与することになる。
次にこの二種類の軌道に対して得られたハようにフラットな形をしており、それを反映ミルトニアンを用いて伝導の計算を行う。電して図３のコンダクタンスもフェルミエネル

極部分はCNT（５，５）が無限に長いとして、ギー付近で一定値をとる。

バルク状態での計算を行った。コンダクタン
３．
２．
２．カーボンナノチューブ（５，０）

スを計算する中央領域として炭素原子２０個分のユニットセルのCNTをとり、電極部分とし

次 に 同 じCNTで も 螺 旋 度 の 異 な るCNTてはユニットセル３個分を各左右の電極に（５，０）について計算を行った。CNTは長さがとっている。ユニットセルには全部で５０個の短い場合、伝導はバリスティック伝導となる

MLWFが存在し、それぞれ３０個のσ軌道、２０が、そのCNTの炭素原子一個を他の元素（Si個のπ軌道が存在する。

もしくはCu）で置き換えた場合の伝導の影響

図２は そ の 時 の 状 態 密 度（Densityofをみる（図４）。炭素原子のみのCNT（５，０）

State：DOS）である。黒線はフェルミエネのコンダクタンスは赤線、炭素原子一個をSiルギーを表しており、この線より低いエネルもしくはCuで置き換えた場合のコンダクタギーには電子が完全に詰まっている。フェルンスをそれぞれ緑線、青線で図５に示した。

ミエネルギーを挟んで左右に状態のピークがあるが、これはπ軌道による結合πバンドと反結合π*バンドに由来するピークである。
フェルミエネルギー付近ではDOSは定数の−18−

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図４：炭素原子１個をSiあるいはCu原子に置き換えたCNT（５，０）。（a）はSi、（b）はCu。

図５：CNT（５，０）のバルク状態でのコンダクタンス、CNT（５，０）の炭素原子１個をSiもしくはCuに置き換えた場合のコンダクタンス。黒線はフェルミエネルギーを表す。

図５の結果をみると炭素原子のみのバルクしようとする場合にはナノ炭素構造体の炭素状態のCNT（５，０）のコンダクタンスが一番高原子を置き換えず、金属原子等でナノ炭素構いことが分かる。炭素原子をSi，Cuに置き造体同士を接合していく必要があると考えら換えた場合、コンダクタンスは低下する。これる。

れは伝導の経路となっていた炭素のπ軌道が、Siのπ軌道もしくはCuの３d、４s軌道で３．
２．
３．グラフェンナノリボン置き換わった影響である。Siは炭素と同じ１４単層グラフェンを特定のパターンに切り族の原子であり、炭素単体のCNTと同様にσ取ったグラフェンナノリボンについて計算を軌道とπ軌道を形成する。しかしSiのπ軌道行った。今回計算を行ったのは、リボンの幅は炭素のπ軌道よりもエネルギーが高いのをNとして、N=４のジグザグ型グラフェンナで、結果としてコンダクタンスは低下する。

ノリボンを一つの水素で水素終端した構造でまたTiに関してはよりエネルギーの高い４s、ある（図６）。このグラフェンナノリボンのバ３d軌道に置き換わっているのでさらにコンンド構造、状態密度、コンダクタンスの計算ダクタンスが低下することとなる。このよう結果を図７に示す。にCNT自身の炭素原子を置き換えてしまう

水素終端したジグザグ型のグラフェンナノとバリスティック伝導は崩れ、伝導度の低下

リボンのバンド構造はフェルミエネルギー付を招く。ゆえに新奇ナノ炭素融合構造を設計

近にフラットなバンドが存在する。これを反−19−

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図６：水素終端したジグザグ型のグラフェンナノリボン（リボン幅：N=４）

図７：水素終端したジグザグ型のグラフェンナノリボン（リボン幅：N=４）のバンド構造（上図）、状態密度（下左図）、コンダクタンス（下右図）。 黒線はフェルミエネルギーを表す（状態密度とコンダクタンスは０ eVをフェルミエネルギーとしている）。

映して状態密度、コンダクタンス共にフェル３．
３．新奇ナノ炭素融合構造

ミエネルギーのところにピークが現れる。

３．
３．
１．CNT
（５，５）とグラフェンナノリボン（N=４）の融合構造
カーボンナノチューブとグラフェンの融合
構 造 の 新 量 子 デ バ イ ス の 探 索 と し てCNT（５，５）と水素終端したジグザグ型のグラフェ−20−

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５８（２０１５）ンナノリボン（幅N=４）の伝導特性のシミュ

この得られた安定構造からの状態密度及びレーションを試みた。

コンダクタンスが図９である。状態密度とコンダクタンス共にフェルミエネルギー近傍にピークがあり、フェルミエネルギーを挟んで左右にまたピークが現れている。この左右のピークに関しては図２と図３のCNT（５，５）の状態密度とコンダクタンスに由来したものである。またフェルミエネルギー近傍のピークは図７のグラフェンナノリボンに由来するものである。左右のピークの間のコンダクタン
スの値が、図３と図７のCNT（５，５）とグラフェンナノリボンのコンダクタンスを足した値にほぼ一致している。これよりCNT（５，５）とグラフェンナノリボンに別々に電流が流れ

図８：CNT（５，５）とグラフェンナノリボンによる構造緩和結果るように思われるが、フェルミエネルギー近傍のピークがグラフェンナノリボンの場合と比べて、幅が広がっており、コンダクタンス

まず初めにCNT（５，５）をグラフェンナノリ

は わ ず か ば か り 改 善 さ れ て い る。こ れ はボンのすぐ近くの直上に置き、構造緩和をしCNT（５，５）とグラフェンナノリボンのπ電子たところ、CNT（５，５）はグラフェンナノリボの間での電子の飛び移りがあるためである。

ンから離れ、図８のような構造をとり安定化した。この結果から、ナノ炭素構造体同士は３．
３．
２．CNT（５，５）とグラフェンナノリボンの金属（Cu，Ti）接合π軌道のみで炭素原子が接合することはな
く、炭素原子接合した融合構造をつくるには前節でCNT（５，５）とジグザグ型のグラフェナノ炭素構造体の骨格を形成するσ結合が必

ンナノリボン融合させた場合の伝導特性をシ要になることが分かる。

ミュレーションした。その際、CNT（５，５）と図９：CNT（５，５）とグラフェンナノリボンを合わせた系の状態密度（左図）とコンダクタンス（右図）。
黒線はフェルミエネルギーを表す。

−21−

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図１０：CNT（５，５）とグラフェンナノリボンの金属結合（構造緩和）。
左図はCuによる金属結合、右図はTiによる金属接合の安定化構造。

図１１：CNT（５，５）とグラフェンナノリボンを金属接合（Cu，Ti）した場合の状態密度（左図）とコンダクタンス（右図）。それぞれ赤線は接合なしの状態、緑線はTi接合、青線はCu接合を表す。

グラフェンリボンはお互いのπ軌道を通してこれは本来接合がない場合に伝導に寄与して電子をやり取りしている。このπ軌道間の電いるπ電子がCuないしTiとの結合に使われ子のやり取りを補助する為に金属原子を使ってしまうためと考えられる。またコンダクタてCNT（５，５）とグラフェンナノリボンを接合ンスの低下はCuよりもTiの方が大きい。こし、伝導特性のシミュレーションを行った。

れはCuの最外殻の価電子が４s電子一個であ接合金属にはCuとTiを用いた。

り、結合に必要なπ電子が少なくすむからでCuとTi
原 子 を 用 い てCNT（５，５）と グ ラある。一方、Tiの場合は価電子として４s軌道

フェンナノリボンを接合した際の安定構造のと３d軌道の電子があり、より多くのπ電子が結果が図１０である。Cu、Ti共にCNT（５，５）

結合に必要で伝導に寄与できるπ電子の数がとグラフェンナノリボンに吸着しており、接少なくなるのでCuよりもコンダクタンスが合されている。

低下することになる。

これらの安定構造から得られた伝導特性は
図１１のようになる。比較の為に接合しない場

３．
４ シミュレーションによる新量子デバイ合の結果も載せた。コンダクタンスはCu、スの検討及び課題

Ti共に接合しない場合よりも低下している。

これまでの結果から分かるように、ナノ炭−22−

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図１２：電極としてCuとTiを選択した場合の安定構造素構造のデバイスを創案する場合は、伝導にり、シミュレーションとしてデバイスを評価重要な寄与を果たすπ電子をどのように操作する場合に非常に重要な問題となってくる。

するかが重要となる。特にシミュレーション

ただ上述したように、この問題を解くには数から得られた結果、伝導度の高い新奇ナノ炭

千原子オーダーであり、通常のDFT計算では素融合構造を創案するには、ナノ炭素構造体原子数の三乗に比例する計算量なので大規模間のπ電子−π電子間の結合を崩さずに接合シミュレーションが必要となる。これらの問するか、接合せずπ電子−π電子の結合をそ題に関しては、精度を保ちつつ計算量を減じのまま使うのが良いことが分かった。Cuなることが可能なモデル、アルゴリズムの開発

いしTiは電流の流れる領域にある炭素構造体が課題となる。に吸着すると伝導度は低下するが、固体を形成すると自由電子が数多く存在するので電極以上の調査の結果、現在、新規ナノ炭素にとして使用するのに適している。図１２は例とよる量子デバイス技術の研究開発は急速に進して計算したCuの（００１）面とTiの（０００１）展しているものの、２０１
３年９月に発表された面を切り出した電極とCNT（５，５）による安定世界最初のCNTコンピュータは、素子数が構造の計算結果である。

１７８個で１９５０年代のシリコン半導体のレベル

この例のようにシミュレーションは電極がである。従って、シリコン半導体の６０年以上ナノ炭素構造体の伝導にどのような影響を及におよぶ発展を量子デバイスでも緊急に達成

ぼすか、つまり伝導に有利な電極の選択の指する必要があるが、初期の段階からデバイス針を与えることができる。この例の計算では全体を開発することは困難で効率が悪い。そCNTの長さとして約３nmの長さ（約３００原のため、初めに、配置（ワイヤリング、被服）、子）であるが、現在デバイス等に望まれる長接合そして集積技術という主要課題の解決にさはμmのオーダーであり、数千のオーダー集中した研究開発が効果的であると考える。の炭素原子から成るCNTとCuやTiから成る４．まとめ電極部分の問題を解かなければならない。特にこのμmからnmの間の有限長のCNTの問調査は、初めに近年の新奇ナノ炭素の複合

題はバリスティック伝導から準バリスティッ構造からなる新量子デバイスの研究開発動向

ク伝導そして拡散伝導へ移り変わる領域であに焦点を当て進めた。ITRS（国際半導体ロー−23−RISTニュース No．
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ドマップ）では、CNTやグラフェン等の新規子デバイス化、それらを集積・総合した応用ナノ炭素技術は、Siテクノロジーを継ぐ技術機器まで広い範囲で実用化へ向けて研究開発として位置づけられており、新規量子デバイが急速に進展している。

ス開発において最も重要な技術である。しか次に、これらの動向を踏まえ、大規模シしCNTを利用したナノ量子デバイスには、ミュレーションを試行的に活用し、新奇ナノCNTの位置やその精度、カイラリティ、伝導炭素の複合構造・機能の新量子デバイス概念

度、直 径、単 層 ･ 多 層、エ ネ ル ギ ー バ ン ドを複数創案し、それらの実現可能性や課題をギャップなどを制御し成長させる製造プロセ調べた。その結果、例えばCNTとグラフェンスがいまだ未発展である等の課題がある。まの複合構造により伝導度の向上の傾向が見らた、グラフェン開発においては、適切な基板れる等、新規量子デバイス実現の可能性が見上に大面積のグラフェン膜をエピタキシャルえてきた。一方、CNTとグラフェンの複合構成長させる適当なプロセスが無く、また、バ造を構成する場合、お互いが分離し易く、まンドギャップがゼロであることからたCNTとグラフェンをTiやCu等の電極へ接MOSFETのチャネルを原理的にオフできな続しようとするとその接合部で原子構造が乱いため MOSFETをデジタルロジック素子とれ伝導度を下げる等の課題とその原因も見えして用いることが現状では不可能である等のてきた。このように、これら課題に対してシ課題がある。一方、これら課題の解決へ向け

ミュレーションは効率的に問題解決の方向性た研究開発では、CNTの整列の必要のないデを示すことができると考えている。

バイスアーキテクチャ、金属・半導体CNTのこれまで以上に信頼性のある、社会に貢献選別法、グラフェンのリボン化によるバンドできるシミュレーション手法を推し進めるたギャップ生成制御法等が急速に進んでいる。

めには、今後も計算モデルの改良・開発、大さらに、CNTコンピュータも実際に稼働を始規模超並列手法の開発を進めながら、エクサめた。このように近年の新奇ナノ炭素をベー級計算機の登場を期待するところである。

スとした量子デバイス技術は、材料作成、量−24−