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ネットジャーナル1

単電子トランジスタとその集積化技術の開発で世界をリード
ITとナノテクの融合でブレイクスルーを起こす

写真:博士(工学)福井 孝志

情報科学研究科 情報エレクトロニクス専攻・教授
量子集積エレクトロニクス研究センター長
工学博士 福井 孝志

プロフィール

1975年、北海道大学大学院工学研究科応用物理学専攻修士課程修了。
同年、日本電信電話公社(現・NTT)武蔵野電気通信研究所で半導体のレーザーの研究開発に従事する。83年、工学博士(北海道大学)の学位を取得。NTT基礎研究所のグループリーダーを務めた後、91年、北海道大学量子界面エレクトロニクス研究センターの教授に就任(01年、量子集積エレクトロニクス研究センターに改組)。現在は同センター長と情報科学研究科教授を兼任。91年にSSDM Paper Award 受賞。オランダのアイント・フォーフェン工科大学の客員教授も務めている。

ナノの領域へ到達したLSIの集積度

――ここ数年「ナノテクノロジー」という言葉が一般にも広まり、とくにバイオ・医療分野での研究開発が脚光を浴びていますが、ITの分野でも活発な研究が進められていますね。

福井 1958年にジャック・キルビーが半導体集積回路を開発してから半世紀が過ぎ、その間集積回路は急速に微細化・高集積化を成し遂げてきました。現在では1センチ四方の中に1億個以上の回路素子が詰め込まれた大規模集積回路(LSI)も登場し、素子の大きさはミクロンからナノメートルの世界へ足を踏み入れています。半導体業界のロードマップでは2014年頃にゲート長11ナノメートルの中央演算装置(CPU)の実現が描かれていますが、ナノ領域での半導体デバイスの作製にはさまざまな課題が立ちはだかっているのが現状です。

そのひとつが製造工程の問題。現在一般的に使われている微細加工技術はトップダウン方式と呼ばれ、シリコンウエハにリソグラフィ技術で直接回路パターンを書き込むものですが、産業ペースで実現できる加工サイズは35ナノメートル程度が限界と言われています。

もうひとつは高集積化による消費電力の増加と発熱の問題です。通常の半導体デバイスではトランジスタ1個に数千個の電子が関わり、1億個近いトランジスタが搭載されているLSIでは当然消費電力が大きくなります。しかも、それが1センチ四方の中に集積されているとなると発熱量も膨大です。さらなる微細化を実現するためには、従来の集積回路とは異なる新しい動作原理のデバイスが必要になると考えられ、その担い手として期待されているのがナノテクノロジーなのです。

――消費電力や発熱の問題は地球環境やエネルギー資源の問題にも関わってきますね。では、新しい動作原理のデバイスとはどのようなものが考えられるのですか。

福井 現在、国内外の研究機関で開発に取り組んでいるのが、LSIに供給する電流と電圧を減らす、つまりトランジスタの動作に関与する電子の数を少なくする技術です。なかでも、たった1個の電子でトランジスタのオン・オフを制御する「単電子トランジスタ」が注目され、これが実現すると消費電力が従来の1万分の1程度に低減できると予想されています。

写真:博士(工学)福井 孝志

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