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» 2015年07月30日 10時10分 公開

次々世代のトランジスタを狙う非シリコン材料(1)〜なぜ非シリコンなのか福田昭のデバイス通信(33)(2/2 ページ)

[福田昭,EE Times Japan]
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ゲルマニウムとインジウム・ガリウム・ヒ素が有力候補

 シリコン(Si)に代わる高移動度材料の候補はいくつかある。まず、ゲルマニウム(Ge)である。Geは電子移動度と正孔移動度の両方ともに、物理的にはSiよりも高い。ここで物理的にとは、集積回路に使われる薄膜での値ではなく、バルク(塊)で測定された値を意味する。絶対値としては薄膜よりもバルクが高い。薄膜になると移動度はバルクに比べて低下する。

 Geをトランジスタ材料に選択するときは、SiとGeの混晶(SiGe)をチャンネル材料とする場合と、Ge単体をチャンネル材料にする場合とが考えられる。シリコンウェハーを基板にしてGeを成長させるとSiとGeの間で格子不整合(格子定数の違い)による歪が発生し、Geの結晶品質に悪影響を与える。この問題を緩和するためにGeではなく、SiGe混晶を採用することもある。

 SiGe混晶では、Geの組成比をx、Siの組成比を(1-x)で普通は表現する。例えばGeの組成比が0.3(x=0.3)のときは、Siの組成比は0.7になる。Geの高い移動度を生かすには、xは0.5〜0.7といった値にする必要がある。

 Ge以外の有力候補は、化合物半導体のインジウム・ガリウム・ヒ素(InGaAs)である。InGaAsは電子の移動度が飛び抜けて高い。Geよりも高い。ただし、正孔の移動度は低い。バルクでの値は不明なのだが、薄膜ではシリコンに近い程度だとみられる。

photo FinFETのチャンネル材料を非シリコンに変更する(クリックで拡大) 出典:ARM
photo 非シリコンチャンネルの候補となる材料(クリックで拡大)
photo 主な半導体のキャリア移動度(バルク、温度300K)(クリックで拡大)

次回に続く

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