図1　半導��エネルギー研�|所代表�D締役の�兀蟒慂���　UMC Technology Forumにて

イグゾーと�}ばれるこの材料は、�┣��馮焼���の性��を��し、エネルギーバンドギャップが2.8~3.2eVとシリコンの1.1eVよりもずっと高いワイドギャップ半導��になる。このため、絶縁耐圧が高い。「10nm時代になると、シリコンには10の6乗V/cmという極めて高い電�cがかかり、シリコンではもはや耐えられなくなる。だからシリコンに代わり微細化可�Δ僻焼���を探していた」と同研の代表�D締役の�兀蟒慂���（図1）は語る。すでに30nmルールのMOSFETを試作しており、10nm時代への�O信を見せる。

ワイドギャップであるから、オフ時のリーク電流は原理的に小さい。fA（10の-15乗アンペア：フェムトアンペアと�}ぶ）を6けた以�峅��vり、�R定限�cを軽く��えるという。このため、�a(b┳)度を�屬欧謄蝓璽�電流を�R定、そのアレニウスプロットから、室�a(b┳)でのリーク電流を見積もっている。fAの3ケタ下のaA(アットアンペア)、さらに3ケタ下のzA（ゼッタアンペア）以下になると推定する(図2)。リーク電流が小さければ、オフ時の消�J電��が��来よりも6ケタ小さいことになる。この「柔らかな�T晶」を見つけるのに5�Q間かかったとしている。

図2　リーク電流は�R定限�c　出�Z：半導��エネルギー研�|所

InGaZnO4と表記するこの�T晶は、シャープの�]晶ディスプレイでは単�T晶ではなく、ナノクリスタルという表現するような�k�|の�H�T晶になっている。また、東�B工業�j(lu┛)学の無機材料の細野秀�d教�bが�}�XけているInGaZn�┣��颪魯▲癲璽侫．荒X��を�W(w┌ng)��するもので、半導��エネ研の�T晶とは異なるとしている。同研はこの�T晶をCAAC（c-axis-aligned a-b-plane-anchored crystal）と�}んでいる。c軸��(sh┫)向には�T晶�Cが配向しているものの、a-b�Cではランダムになっている。InとGa、Znの原子の間にO（��素）原子がクッション材として�T在しており、この柔らかさはO原子の配�`によると考えている(図3)。

図3　c軸に配向し、��素原子がクッションとなる柔らかい�T晶　出�Z：半導��エネルギー研�|所

この4元�Uの半導��を使い、ゲート長30nmのMOSFET(ゲート幅W=18µm)を試作したところ、オフ時のリーク電流は最小10の-14乗A以下となっている。ただし、ゲート電圧がゼロの時ではない。ややデプリーションタイプのFETとなっており、このままでは使いづらい。また、高周�S�W(w┌ng)�uの周�S数��性から、遮��周�S数30GHzを�uている。30nmの加工には電子ビームリソグラフィを使った。

MOSFETとしての電子�‘暗戮魃R定したところ、30〜40cm2/Vsと、シリコンよりは落ちるが、アモーファスや�H�T晶Siよりも高い数値が�uられている。もう�kつの��長は、�]チャンネル効果が�`立って現れないことであり、サブスレッショルド電流の��きも��峻である。例えば、ゲート�┣祝譟�SiO2）が11nmと厚く、チャンネル長が32nmの場合でさえ、�]チャンネル効果は見えないとする。ただし、トランジスタ構�]がF(xi┐n)inFETというよりも、バックゲートも使った4��(sh┫)向からゲート電�cがかかる構�]になっていることが寄与しているが(図4)、これだけではないという。エネルギーバンドギャップが�k瞬で広がるため電流を遮��する�ξ�が高いとしている。空��層で閉じるという��念ではないと�兀���は考えている。だからサブスレッショルド電流の��きが��峻なのかもしれない。

図4　InGaZnO4を半導��層として�W(w┌ng)��するMOSFET　4��(sh┫)向からゲートで囲まれた構�]　出�Z：半導��エネルギー研�|所

トランジスタはnチャンネルになっているが、ドレイン、ソースにメタルをスパッタリングで�]ちこむと、単位セルの��素原子が飛び出し�L(f┘ng)��を�擇漾�n+というよりもメタルになる。DRAMセルを試作してみると、リーク電流の小さいためにリフレッシュ時間がとてつもなく長く、リフレッシュ期間は1�Qだと見積もっている。ほぼ不ｧ発性RAMの�X��になっている。同社はさまざまなデバイスさらに作り、メモリからSoCまで様々な応��に使えることを実証して応��を広げていきたいとする。

リジッドな単�T晶と比べると、柔らかいCAAC�T晶は、理�[的には基本セルが六角形をしているが、五角形、�D角形のセルも��容する。実際の�T晶から数万個以�屬隆靄椒札襪��荵，垢襪函�68.3%が六角形、15.5%が五角形、14.5%が�D角形だったという。これに�瓦靴董�単�T晶はほぼ100%六角形をしている。膜密度はCAACが最も高く、次がナノクリスタル、最も低いのがアモーファスであった。

総じて、この半導��材料がプリミティブな段階にも拘わらず、�T晶が柔らかい構�]になっているため、優れたMOSFET��性が�uられていると同研は考えている。かつて、半導��エネルギー研�|所は、パテントトロールと言われたことがあった。リバースエンジニアリング��の����を�H数揃えているという�mもあった。しかし、今�vの�\術は、�Oら探し見つけた材料/デバイスであり、これまでのイメージを変える�\術でもある。すでに�盜顱���湾の�L外企業から引き合いの�mを聞くが、日本から興味を��したところは1社のみだという。グローバル企業は偏見を拭い去る�]度も�]いのかもしれない。