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ネットジャーナル59

従来の10分の1の電力で動作する次世代スイッチの研究開発
物理限界を突破する画期的な技術を世界に先駆けて実現

写真:博士(工学) 冨岡 克広

情報科学研究科 情報エレクトロニクス専攻
集積システム講座  集積電子デバイス研究室・准教授
博士(工学)  冨岡 克広

プロフィール

2003年、群馬大学工学部電気電子工学科卒。2005年、同大学院工学研究科電気電子工学修士課程修了。2008年、北海道大学大学院情報科学研究科情報エレクトロニクス専攻博士課程修了。2007年4月〜2009年3月、日本学術振興会特別研究員。2009年4月〜2009年9月、北海道大学グローバルCOE特別研究員。2009年10月〜2014年12月科学技術振興機構さきがけ専任研究者。2015年1月〜2016年5月、北海道大学大学院情報科学研究科助教およびJSTさきがけ相界面領域兼任。2016年6月より現職。2015年 文部科学大臣表彰・若手科学者賞、2016年 日本学術振興会賞、SSDM Paper Award受賞。

シリコンとは異なる物性を持つⅢ-Ⅴ族化合物ナノワイヤを用いたFET

――集積電子デバイス研究室ではどのような研究をしているのですか。

冨岡 半導体結晶成長技術を基軸に、次世代集積システムの実現を目指した新しい集積デバイスの基盤研究を行っています。具体的には、(1)結晶成長の基礎と応用、(2)半導体ナノ構造の物性評価、(3)ナノワイヤなど新材料のデバイス応用です。

半導体ナノワイヤ材料と半導体ナノワイヤデバイスの開発を両軸とした開発を行っており、現在の主なテーマは「超低消費電力を実現する次世代スイッチ」の研究開発です。

半導体といえばシリコン(Si)を材料としたものが一般的ですが、近年はⅢ-Ⅴ族化合物を材料とした半導体の開発も進んでいます。Ⅲ-Ⅴ族化合物半導体にはシリコンとは異なる物性があり、例えば(1)バンドギャップが直接遷移型である、(2)電子移動度がシリコンよりも早いなど、シリコンにはない魅力があります。このため、発光ダイオードなどのデバイス応用にはⅢ-Ⅴ族化合物半導体が多く使われています。

こうした研究の背景には、スマートフォンやパソコンの頭脳となるマイクロプロセッサ・半導体集積回路の微細化・高集積化の限界という課題があります。発展し続ける情報化社会においては、コンピュータの性能を高度化するために集積回路のスイッチング素子(FET)の微細化・集積化が常に求められてきました。現在では、1センチ四方の面積に約20億個のFETが敷き詰められている状態ですが、FETのサイズとしてはこれが物理的限界と言われており、これ以上小さくしてもLSIの性能は向上しないと考えられています。特に問題なのが消費電力で、より多くの電力が必要になると同時に発熱の問題などが生じています。

 

それを本質的に解決するための技術として注目しているのが、Ⅲ-Ⅴ族化合物のナノワイヤを用いた新しいFETです。

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