東大、新構造「トランジスター」開発 集積回路を超低消費電力化

 科学技術振興機構(JST)は、東京大学の研究グループが超低消費電力の大規模集積回路(LSI)を可能にする新構造のトランジスターを開発したと発表した。従来の半分以下の低い電圧で動作可能なほか、極めて小さな待機時消費電力を実現できる。酸化物半導体とシリコン系半導体材料という広く実用化されている材料同士の組み合わせのため、現在の半導体製造工程の活用と早期の実用化が期待できる。IoTはモバイル端末の省電力化や環境発電と融合したバッテリー不要な集積回路の実現などでの応用展開を図る。

 今回開発したのは「量子トンネル電界効果トランジスター」と呼ばれる超低消費電力で動作するトランジスター。参加亜鉛などの酸化物半導体材料と、IV族半導体材料(シリコン、シリコン・ゲルマニウム、ゲルマニウムなど)を積層させた構造で、動作実証に成功した。素子構造の最適化と材料の組み合わせにより、素子のオン状態とオフ状態との電流比も世界最高値に引き上げた。

 電界効果トランジスタ(FET)の低消費電力化には、電流の流れる(オン)状態と流れない(オフ)状態を小さな電圧差で達成することが重要で、従来のMOS型電界トランジスター(MOSFET)では動作電圧の低減は原理的に限界を迎えているとされる。一方、量子トンネル効果を用いた電界効果トランジスターはオン状態とオフ状態で大きな電流比をとることが難しいなどの課題がある。

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