横山FIRST活動サマリ
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バックエンドデバイス低電圧動作CMOSナノカーボン材料の開発と応用22トランジスタの原理をトンネル型に見直し低消費電力で動作電圧を0.2Vに下げるCMOSLSIでは電源電圧を下げるに従い、消費電力が2乗に比例するため大きく下がるというメリットがあった。これまでは電源電圧を下げる方向で研究・開発が進められてきたが、デザインルールが40nmを切るあたりから電源電圧は下げられなくなってきた。そこで、トランジスタを原理から見直し、新構造トランジスタの開発を目指した。 従来のMOS型電界効果トランジスタ(MOS FET)は、電流を1桁下げるための必要なゲート電圧の変化値(SS値)は理論上60mV/桁である(図1)。 傾きがなだらかだと電圧を下げてもこのサブスレッショルド電流、すなわちリーク電流がいつまでも流れることになる。SS値は小さいほど、電圧に対するサブスレッショルド電流の傾きが急峻になり、電圧を下げてもリーク電流が少なく、トランジスタのオン/オフを制御できることになる。しかし、SS値は物理的に決まっている限界値なので、これ以上急峻な傾きを得ることができない。 従来のMOS FETでは、オフ状態ではソースからチャンネルにかけてポテンシャルの山ができて、電流は流れない。しかしゲートにプラス電圧をかけると山が下がり、電子は熱的に湧き上がり、ドレイン側へ流れていく。そうした原理ゆえ、ボルツマン分布で決まる理論限界がある。そこで「動作原理をがらりと変え、動作電圧の目標は一気に新動作原理CMOSデバイスの研究開発ボルツマン分布に従う熱電子がポテンシャルの山を超えることによる理論限界を、動作原理を変えることで乗り越えたResearch and development of steep slope CMOS devise

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