東大,超低消費電力トランジスターを開発

東京大学は,極めて小さな電圧制御で動作が可能な量子トンネル電界効果トランジスターを開発した(ニュースリリース)。

IoTやモバイル端末のさらなる低消費電力化と電池寿命の延長のため,これまでのMOS型トランジスターに代わる,新たな物理現象を動作原理に用いた革新的なトランジスターの開発が望まれていた。

研究グループは,従来の大規模集積回路(LSI)に用いられるSi(シリコン)やGe(ゲルマニウム)と,主にディスプレーなどに使用される酸化物半導体とを組み合わせたトンネル電界効果トランジスターを初めて実現した。

すでに広く実用化されている材料同士の組み合わせは,現在の半導体製造工程の活用と早期の実用化を視野に入れた,新しい発想。素子構造の最適化と材料の組み合わせにより量子トンネル効果を効率よく引き起こすことで,ゲート電圧のわずかな変化で極めて大きな電流変化を実現し,素子のオン状態とオフ状態との電流比を世界最高値にまで引き上げることに成功した。

研究では,高濃度に不純物を添加したSiもしくはGe上に,レーザーアブレーションによりZnOを堆積することで,実際にトランジスターを作製した。その結果,既存の半導体作製プロセスにZnO堆積のみを追加することで,所望の構造を実現可能であることを実証した。

オン状態とオフ状態の電流比は8桁を上回り,これまでのトンネルFETと比べて約4倍となり,最大の値を示した。このトランジスターは,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が達成される。そのため,さまざまな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,新たな応用展開が期待されるとしている。

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