グラフェンの先へ 新材料でトランジスタを開発

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新材料でトランジスタを開発

2016.04.25　東京工業大学

詳細は、リンクを参照して下さい。

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要点

・新たな二次元材料・二硫化ハフニウム

　（HfS2）を用いたトランジスタを開発

　した

・電流電圧測定でオン／オフ比104の

　トランジスタ動作と、電気二重層ゲート

　構造を用いた高い電流密度を確認した

・低消費電力と高速動作を両立させる

　新材料として期待

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概要

　東京工業大学 工学院 電気電子系の

宮本恭幸教授らと理化学研究所、

岡山大学からなる共同研究チームは、

新しい二次元材料である

二硫化ハフニウム（HfS2）を用いた

MOSトランジスタ[用語1]を開発した。

　機械的剥離法[用語2]で得られた

数原子層の厚さを持つHfS2薄片を用いた

もので、裏面基板をゲート電極とした

電流電圧特性において良好な飽和特性と

高いオン/オフ比104の電流制御特性を

観測した。

　さらにゲート電極として電解質を用いた

電気二重層[用語3]トランジスタ構造

において、駆動電流が裏面ゲートでの

動作時と比較して約1000倍以上に向上し、

チャネル材料としてのHfS2の優れた性質を

示唆する結果を得た。

　MOSトランジスタは大規模集積回路

（LSI）を構成する要素素子であり、

情報技術におけるハードウェア部分

における基盤である。

　現在その材料に用いられている

シリコンと比較して二次元材料は

極めて薄い（<1 nm）構造での

電流駆動に適しており、将来のLSIへの

導入が期待されている。

　HfS2は理論計算より1.2 eVの

バンドギャップ[用語4]と

1,800 cm2/Vsの電子移動度[用語5]が

予測される材料であり、

従来の二次元材料と比較してより高速、

低消費電力での動作に適している。

　研究成果は3月1日発行の

Scientific Reportsに掲載された。

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　期待が持てそうな新材料ですね。

　まだ実用レベルまでには時間がかかり

そうですが、

＞HfS2表面を適切に保護するとともに

＞電極との接触を改善することで、

＞電解質電極と同等の性能を

＞固体ゲート絶縁膜を用いて実現し、

＞超低消費電力デバイス実現へ向けた

＞取り組みを行う。

＞また、HfS2は他の二次元材料との

＞異種材料接合における顕著な量子効果の

＞発現が見込まれ、二次元系

＞トンネルトランジスタ等への発展的な

＞応用も期待される。

　何処まで発展出来るのか、まだ不明

ですが期待して待ちましょう。