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チャンネル長10nm以下でB^がゼロになるバリスティックトランジスタは問

MOSトランジスタのソース-ドレイン間の{`、すなわちチャンネル長が10nm以下になると、トランジスタの動作]度はどうなるか。シリコン中の電子がシリコン格子と衝突せずにシリコン中を進める平均的な{`、すなわち平均Oy行は、10nm度だと言われている。となると、10nm以下のチャンネル長になると、電子は衝突せずにソースからドレインへ走行することになる。すなわち電子のB^は実ゼロになる。これがバリスティック(OというT味)トランジスタである。では電子は高]に走るのか?

MOScCでの表Cg乱や不純g乱は無するとしても残念ながら、電子はB^がゼロなのに走行]度は屬らない。ソースから飛び出してドレインへ向かう場合の初]がほとんどゼロあるいはX電子(ボルツマン分布にう電子の分布)Xでも、電子はドレイン電cによって加]される。しかし、電子のスピードはさほど屬らないうちにドレインへ到達してしまう。このためトランジスタの動作]度も屬らないというわけだ。この問を解しようとするテーマが国家プロジェクトMIRAIの「新構]極限CMOS(Ultrascaled CMOS)」である。


ソース-チャンネル間にショットキバリヤを設け初]度を\す

図1 ソース-チャンネル間にショットキバリヤを設け初]度を\す


チャンネル長が平均Oy行よりももっと長い来のトランジスタは、ドレイン電cによって電子は加]され、X振動しているシリコン格子とぶつかりながらも加]度を\していく。その平均的なB^を表す駘量が‘暗戲未任△襦E纏劼亙振囘なB^値である‘暗戲未魴eちながらもドレイン電cによって加]され、電子の]度は\し科なオン電流がuられるためトランジスタの動作]度も屬る。しかし、チャンネル長が]くなると加]されないうちにドレインに到達するため、科な電流に達せずトランジスタの動作]度が屬らなくなってしまう。

そこで、噞\術総合研|所 ナノ電子デバイス研|センターのセンター長である金冑咀}をリーダーとするU-CMOSプロジェクトチームは、電子をソースからチャンネルに向けてR入するときに初]ゼロではなくバリヤーを作って加]させながら、チャンネルにR入しドレインに到達する電子の]度を屬欧茲Δ箸垢觜暑]のトランジスタを開発しようとしている。`YはCMOSの~動電流を15%\咾掘⊂嫡J電を20%らすことである。ただし、`Yの消J電の低にはゲート材料をメタルに換え、high-k絶縁膜をい、FINFETやトライゲートなどの立構]を採、ゲートの電ポテンシャルを咾瓩襪箸い戯をとっている。

ソース笋忘遒襯丱螢筺爾魯轡腑奪肇ー接合をび、CMOSプロセスと互換性のあるNiシリサイドなどでバリヤーの高さをU御しようとしている。しかし、今のところ妓果によってバリヤーが下がるという現が見られ、トンネル効果もきていることから、まだ最適な設は出来ていない。ソースからチャンネルを通ってドレインZくにやってくる電子がドレイン端のバリヤーによって量子学的な反oをpけるのではないかという指~もある。

神戸j学土屋教bにソースおよびドレイン接合Zにおける量子学的な反oを考慮したモンテカルロシミュレーションを依頼している。最適な設は現在進行中である。


(2008/01/21 セミコンポータル集室)

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