【半導体】東大、極めて低い消費電力で動くトンネル電界効果トランジスタを開発

1 ：Mogtan ★＠＼(^o^)／：2014/12/17(水) 22:54:21.61 ID:???.net

掲載日：2014/12/15

東京大学は12月15日、極低電圧での動作が可能な新しい構造のトンネル電界効果トランジスタを開発したと発表した。

同成果は、同大大学院 工学系研究科の高木信一教授らによるもの。詳細は、国際会議International Electron Device Meeting(IEDM)の
「Technical Digest」に掲載された。

IT機器の消費エネルギーの増大は国際的にも重大な課題であり、従来のMOSトランジスタとは動作原理の異なる、極低消費電力で
動作するデバイスの開発競争が激しくなっている。今回、研究グループは従来のMOSトランジスタとほぼ同等の素子構造で、
Siに引っ張り応力を加えた歪みSiとGeのヘテロ界面からなる接合を用いる新しいトンネル電界効果トランジスタを開発した。
同トランジスタでは、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ており、素子のオン状態とオフ状態の
電流比を107以上と、世界最高クラスの値まで高めることに成功している。

同素子を用いることで、現行では0.9Vのトランジスタの電源電圧を0.3V以下まで低下させることができるため、IT機器の
省電力化をもたらし、バッテリが不要な集積回路など、新しい応用を可能にすることが期待されるとコメントしている。

<画像>
今回実現したトンネルFETのデバイス構造。高濃度P型のGeが歪みSiのチャネル上に形成され、ゲート絶縁膜としてAl2O3とTaからなる
ゲート電極が、また歪みSi中には高濃度N型のドレイン領域が形成されている。GeソースにはNiのコンタクト電極が形成されている。
各電極には、Alの引出電極が形成されている。基板はSi基板が使われており、歪みSiの間には、埋め込み酸化膜が形成されている
http://news.mynavi.jp/news/2014/12/15/296/images/001l.jpg

(左)Geソースと歪みSiチャネルの近傍の素子構造、(右)試作された素子の断面透過電子顕微鏡写真の拡大図。
歪みSi上に、Bを含んだGeソース、ゲート絶縁膜としてAl2O3とゲート電極となるTaが形成されている
http://news.mynavi.jp/news/2014/12/15/296/images/002l.jpg

<参照>
独立行政法人　科学技術振興機構 - 極めて低い消費電力で動くトンネル電界効果トランジスターを開発
〜ひずみシリコンとゲルマニウムを組み合わせた構造を利用〜
http://www.jst.go.jp/pr/announce/20141215-3/index.html

<記事掲載元>
http://news.mynavi.jp/news/2014/12/15/296/

2 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/12/17(水) 22:59:37.40 ID:6gKiPAWS.net

トランジスタより配線で電気を消費していることに気がつけない奴って。
回路が停止しても電気は流れ続けるんだよ。そんな基礎中の基礎もしらないの？

3 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/12/17(水) 23:09:07.61 ID:dtDqGns7.net

>>2
配線は配線で低抵抗化の研究いろいろやってんだろ

4 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/12/17(水) 23:27:38.82 ID:Op0LQT6G.net

つうか、常温で動くの？　液体ヘリウムで冷却とか
意味ないし。

5 ：転載上等＠＼(^o^)／：2014/12/17(水) 23:46:21.83 ID:Q6iFvUv5.net

サムスンが共同研究を持ち掛けてくるけど断ってね。

6 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/12/17(水) 23:57:05.56 ID:8A/Eunec.net

>>2
電圧を0.9Vから0.3Vに下げられると書いてあるんだが

7 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/12/18(木) 00:02:47.76 ID:bPmdfOSB.net

>>6
駆動電圧落としたら逆に遅延するだろ、
遅くしてどうする？
>>3
もしかして抵抗だけで決まるとおもってるの？
高校生じゃないんだからさｗｗｗｗｗｗ

8 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/12/18(木) 00:13:42.90 ID:E2Fcej74.net

遅くても省電力なら用途はある。
空間電磁波を捉えてエネルギーに変換しながら信号処理するようなデバイスができれば、ARが大いに捗ると思うんだ

9 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/12/18(木) 04:08:16.01 ID:56iTeyoB.net

オンオフ比たったの107(=10^2)か

10 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/12/18(木) 05:53:46.14 ID:nB+N0AG9.net

近大の研究成果に比べると、見劣りする研究だなｗ

11 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/12/18(木) 05:59:44.43 ID:z4JSaU1j.net

東大か、やっぱり大したことないなｗ

12 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/12/18(木) 06:35:45.80 ID:TJwPtXt4.net

【半導体】産総研、ノイズを劇的に低減した立体型トランジスタを開発(c)2ch.net
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1418825031/

有機半導体の表面構造、結晶内部と大きく異なる構造が存在−阪大など発見
http://www.nikkan.co.jp/news/nkx0720141121eaan.html

13 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/12/18(木) 06:36:05.23 ID:MmgMOZP9.net

>>7
>>3じゃないけど、抵抗下がったらロスは減るだろう？
何故、抵抗だけって話になるんだ？

14 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/12/18(木) 08:01:29.93 ID:JWJ9MwGv.net

画像の断面図が卑猥なモノに見えた

15 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/12/18(木) 10:55:26.73 ID:/h+dZCVS.net

>>2
>回路が停止しても電気は流れ続けるんだよ。そんな基礎中の基礎もしらないの？

電圧を1/3にしたから、回路が停止した場合の消費電力も最悪でも自動的に1/3。
ゲートがOFF状態の電流も激減。これも消費電力大幅下げだね。

16 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/12/18(木) 14:25:03.52 ID:ymcOAe3t.net

この研究成果が本物なら、今後は3万kW／日に押さえられるハズ
http://www.u-tokyo.ac.jp/ja/administration/ec/
何時もの東大みたに実用価値がない研究でなければ良いけど

17 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/12/18(木) 15:16:41.69 ID:7/AhB4lc.net

Geでも実現できるのでは、SiGe混成の方が作りやすいかも。

現状は素子よりも配線遅延の方が大きい、多少遅い素子でも
消費電力が減るのなら使える。

18 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/12/18(木) 17:36:39.82 ID:bPmdfOSB.net

>>13>>15
>2はトランジスタの話ではなく配線の話していないか？
駆動電圧が下がれば配線は太くするか短くするしか方法がない。
同じ性能を出すには駆動速度を上げるから消費電力は増える。

トランジスタだけが電気を消費しているという勘違いですか？

19 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/12/18(木) 21:00:17.83 ID:R8Rxq7+w.net

>>9
元記事見ればすぐに判るが、10^7だろ
一応突っ込んでみる

>>7,18
それは同じ素子の速度や必要電力が同じ場合でしょ

今回速度に関してはS=28mV/桁となってるな
現行品はどのくらい？
よくわからんがMOSは80くらいなのか？

電力については詳しくは書いてないようだが、駆動電流はともかく、
出力側は電圧下げた分、単に電流下がるだろうな

20 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/12/20(土) 01:26:08.81 ID:RSYCFfdN.net

最近はなぜか「単電子」トランジスタの話しが聞こえてこなくなったな。

21 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/12/20(土) 03:47:54.88 ID:IM7bsDfo.net

>>19
駆動電圧落として配線の信号伝達速度を遅くすれば消費電力は下がるからな。
それって意味あるの？

22 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/12/20(土) 04:01:10.38 ID:z4F67Is0.net

2014/12/19
【半導体】産総研、多結晶ゲルマニウムトランジスタの性能改善に成功(c)2ch.net
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1418928668/

23 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/12/20(土) 09:19:06.79 ID:RSYCFfdN.net

超低温にするとトランジスタは動作しなくなるがFETは動作すると聞いた。
ならFETを増幅器にして、配線を超伝導体にすれば、電気をたいせつに！が
実現できるのではないかな。

24 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/12/20(土) 09:51:23.21 ID:v0tli3as.net

>>23
ユニポーラトランジスタって言葉しってますかw

25 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/12/23(火) 16:07:35.36 ID:uetHJIWO.net

電圧を落とす＝ノイズに弱くなる。
エラー訂正回路が増えて消費電力が問題になる。
電圧が下がっても配線抵抗は下がらないのでオームの法則により電流が流せなくなる。
つまり配線にとっては性能劣化ってことだね。

26 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/12/28(日) 12:41:31.70 ID:bAgItEAO.net

人間の血管に末端の細い血管にまで血液を送り込もうとすると、
静圧ではあまりにも必要な血圧が高くなりすぎて、心臓を巨大にし、
また圧力に耐えるための血管の壁をうんと厚くしなければならなくなる。
そこで、生物は別のアプローチをとった。血圧を脈動させて、
伸び縮みする血管壁により、血流を送ると、その方が少ないエネルギー、
で血液を循環させることができる。
　これに倣うなら、ＬＳＩの配線も長い信号路にはコイル的な機構を
入れたりなどして高い電圧を発生させて、パルス波形的に信号を送れば
良いのではないかと思う。Ｖ＋とＧＮＤではなくて、正負の二つの電圧を
持つピーク波的な信号で。非常に長い配線ではさらにそれを中継する
増幅器も入れるかなど。

27 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/12/28(日) 15:06:43.84 ID:5q6N05Yf.net

>>7
>駆動電圧落としたら逆に遅延するだろ、

に誰も突っ込んでないって、もうこの板も終わりだな

28 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/12/29(月) 02:21:55.81 ID:ddAR6x+3.net

消費電力１００分の一にして、計算速度が１００分の一以下になれば、
必要な処理を終えるまでに消費するエネルギーの総量はむしろ増えてしまう
のであった。

29 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/12/29(月) 05:20:06.71 ID:Y8O9znKx.net

電圧と遅延時間は無関係、問題は駆動電圧が下がると、ゲート電圧の
閾値の変動が大きく影響して動作が不安定になること、それで、
大規模な集積回路が作れない、その辺の問題がなければ十分使える。

CMOSを置き換えるにはPN両方の素子が必要、片方だけなら使えない、
SiをGeにしただけでも消費電力は一桁下がる、一般用途には使えないが、
十分に冷やせる環境なら使える、スパコンには最適。

30 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/12/29(月) 05:46:45.63 ID:NbrSAMqP.net

これが東北大なら期待できるが、東大ならただのにぎやかし。

31 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/12/29(月) 06:04:36.87 ID:LjMty5xY.net

>>2の反論はどうした？

32 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/12/29(月) 09:38:11.96 ID:h4teEfFC.net

相変わらずマイナビは不正確だな。

33 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/12/29(月) 10:09:56.61 ID:m0Xtb2tJ.net

常に応力が掛かることによる疲労破壊で
寿命が短くなるのは心配しなくていいのかな

34 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/12/29(月) 10:25:46.90 ID:65+6wGfr.net

んじゃ 昔みたいに 電池の要らないトランジスタラジオを作れよ

35 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/12/29(月) 10:27:08.41 ID:65+6wGfr.net

>>26
理論的には交流じゃなくてソリトンにすればええんだろ

36 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/12/29(月) 10:39:59.44 ID:as8BYLzK.net

0.3Vでオンするようだとちょっとしたノイズで簡単に誤動作しそうだが、その辺大丈夫なんかな？

37 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/12/29(月) 11:05:07.67 ID:4P2QH+K1.net

>>29
ゲート電圧の閾値が小さければ、その変動も小さい

>>36
主たるノイズ源は他の信号、あとはわかるか？

38 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/12/29(月) 12:43:11.14 ID:ubQhwsU7.net

>>28
簡単に言えば性能（クロック）は電圧の1乗、消費電力は電圧の2乗に比例するから
電圧を下げれば処理に必要な消費電力は下がるよ
もっとも、この発表のようなプロセスが適用されるデバイスは、CPUみたいな処理能力
が必要なものより、センサーみたいな処理能力は必要無いけど太陽電池で動作できる
とかひたすら低消費電力が求められるものだろうね

39 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/12/30(火) 13:02:22.10 ID:OcDrkSNN.net

プロセッサがどっくんどっくんと脈打って動き、複数のプロセッサが
脈を少しずつずらしながら動くことでピークが重ならないようにする。
回路上の長い配線を通す信号のパルスにはコイル構造などを用いて
高い電圧の波形を使うことで、配線による抵抗損を減らす。。。。

40 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/01/23(金) 10:17:33.31 ID:BcGmQuhu.net

早く実用化製品化して欲しいが、日本にはもはやLSIを作る会社が無いらしい
から、結局台湾や中国のメーカーを利するだけなんだろうね。

41 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/01/23(金) 10:54:52.57 ID:BcGmQuhu.net

ところで、歪みシリコンって前からインテルやIBMはやっていたはずだが、
それと何が違うのか教えて、クレクレタコラ。

42 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/01/23(金) 21:19:11.77 ID:qpNDzVel.net

>>41
やっていたじゃなくて、何世代前から導入されてたっけ?な技術

43 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/01/24(土) 05:24:10.77 ID:femW4FJK.net

>>41
これまでのはシリコンに少量のゲルマニウムを混ぜた化合物。
これは100%シリコンの上に100%ゲルマニウムを乗せたもの。
高品質なものを作ろうとしたら、後者が圧倒的に難しい。

44 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/01/24(土) 09:31:33.41 ID:uD0buU8l.net

これはすごいな。
作動電圧が半分以下になるのか。
ゲルマニウムは石炭などからも微量に採取できるから、ガリウムより有望か？

45 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/01/24(土) 10:12:00.79 ID:GDW5dmfm.net

ヘテロ接合なのが重要なんでしょ

46 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/01/25(日) 22:41:42.50 ID:LH5SGYiA.net

>>7
速度を追求しない用途は無視か・・・

47 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/01/25(日) 22:48:04.96 ID:LH5SGYiA.net

>>25
そんなの動作速度次第でしょ。

48 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/01/25(日) 23:09:29.69 ID:V1q7I0oK.net

がっこの授業で唯一覚えてるトンネル効果ｗｗｗ

49 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/01/25(日) 23:11:54.22 ID:8Aib/WPT.net

そうかそうか

50 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/01/26(月) 00:34:28.17 ID:s/nPURo8.net

Ｇｅはバンドギャップが低く動作電圧も落とせる、
一般用には高温に弱く使えないが、水冷ならＧｅでも構わない。

其れより、最初のトランジスタ発見は日本人とは驚いた、
ＧＨＱが公表を抑えさせたとか？Ｗｉｋｉのトランジスタには
そう書いてある。

51 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/01/26(月) 01:08:38.45 ID:LYDKlrfR.net

>>2
お前が知ってる時点でみんな知っとるわボケ

52 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/01/26(月) 19:35:33.12 ID:4qa07rAU.net

>>50
電波で電源供給できるミズスマシ型botが作れるということですね。

53 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/01/26(月) 21:25:11.69 ID:OCwQ9nH1.net

>>38
>簡単に言えば性能（クロック）は電圧の1乗、消費電力は電圧の2乗に比例するから

なんでここに、誰もつっこまないんだ？

54 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/01/26(月) 22:39:36.28 ID:L4RUbe5W.net

おまえがつっこめばいいじゃん

55 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/01/27(火) 06:17:02.10 ID:8YoIetU5.net

つっこんだけど？どこがおかしいかなんて、説明するまでもないよな

56 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/01/27(火) 06:35:59.03 ID:HAaHDr66.net

説明出来ないって言えば良いのに

57 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/01/27(火) 07:04:36.49 ID:6C0t6IOd.net

>>40
新技術で儲かると思ったら誰かやるんじゃね？

しかし最近のメモリの高騰がキツイ…誰か何とかしてくれ〜

58 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/01/27(火) 07:15:43.14 ID:8YoIetU5.net

ああ、わかんない奴もいるのか

59 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/01/27(火) 08:26:20.23 ID:HAaHDr66.net

単に注目を浴びたいだけの構ってちゃんだったか

60 ：記憶喪失した男＠＼(^o^)／：2015/01/27(火) 18:04:26.03 ID:u1wCpzKE.net

東大おめでとうございます。
トンネル効果の実用化で、これでついに東大からのノーベル賞ありますね。

61 ：記憶喪失した男＠＼(^o^)／：2015/01/27(火) 19:51:23.97 ID:u1wCpzKE.net

トンネル効果はとっくのむかしに実用化されてたらしい。まちがえた。

62 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/02/02(月) 06:50:27.21 ID:4LegpPdO.net

なぜトランジスタと江崎ダイオードの原理が融合した素子が普及していない
のだろうか？量子効果は電荷の拡散と比べてうんと高速に動作するし、
負性抵抗的な領域があると、双安定状態を持ち増幅もできる素子にならない？

63 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/02/02(月) 11:14:35.22 ID:uaB2fniO.net

>>31
認めたくない漏れ電流、完全なる絶縁体と完全なる良導体が必要なのに、
真空ですら電気を流してしまう。距離が隣接すればするほどその絶縁能力は０に
等しくなる物理原理が憎い。

64 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/02/03(火) 15:45:53.54 ID:0EwBDTVV.net

集積度で線の幅を半分にすれば面でいえば抵抗値は４倍に増える計算だけど、

幅を半分にしたら深さを４倍にすればいいだけじゃん、
幅が１０分の１にすれば、深さは１００倍にすれば解決。

65 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/02/07(土) 06:59:50.07 ID:JwszQJWU.net

配線もマイクロトランジスタとかつくってやれよ

66 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/02/07(土) 10:03:20.03 ID:NGwZ19nD.net

http://www.youtube.com/watch?v=iZd_Mf4YhFY&sns=em

67 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/02/10(火) 00:51:20.02 ID:cT9uIWUp.net

量子もつれ使えば配線遅延などなくなる。あれは同時だからな。