パソコンなどで使われる半導体集積回路(IC)の消費電力を現在の10分の1以下に低減できる新型トランジスタを、科学技術振興機構(JST)の冨岡克広・専任研究者や北海道大学大学院情報科学研究科の福井孝志教授らが開発した。従来のトランジスタのスイッチング特性を、江崎玲於奈氏(1973年ノーベル物理学賞受賞)が半導体において発見した「トンネル効果」現象を利用することで飛躍的に高めたもので、デジタル家電の待機電力やスマートフォンなどのモバイル機器の電池消費を大幅に減らすことが期待できるという。

ICの開発では、構成要素となるトランジスタそのものを微細化し、集積度を高めることで、高速・高性能化、低消費電力化を実現してきた。しかし、より高集積化することで、トランジスタのオン・オフとは関係なく配線に漏れ出す「リーク電流」が問題となり、半導体にかける電圧にも理論的限界(室温で「60mV/ 桁」以下にはできないというサブスレッショルド係数の限界)があった。

研究チームは半導体結晶技術によって、シリコン基板の上に直径80ナノメートル(ナノは10億分の1)のワイヤー状のトランジスタを数多く剣山のように林立させた構造を作り、リーク電流の出現を抑えた。トランジスタ針のシリコン基板との接合部では、電子が量子的に通り抜ける「トンネル効果」が発生し、これをトランジスタのスイッチとすることができた。その結果、理論的限界の3分の1の低電圧(21mV/桁)でトランジスタが駆動する高いスイッチング特性が得られ、回路全体の消費電力を現在のICに比べて10分の1以下に低減することが可能になったという。

研究成果は、科学技術振興機構(JST)の戦略的創造研究推進事業 個人型研究(さきがけ)「革新的次世代デバイスを目指す材料とプロセス」(研究総括：佐藤勝昭・東京農工大学名誉教授)の研究課題「Si/III-V族半導体超ヘテロ界面の機能化と低電力スイッチ素子の開発」によって得られた。

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