従来型材料を使った強誘電体トランジスタの研究開発（前編）：福田昭のストレージ通信（74） 強誘電体メモリの再発見（18）（1/2 ページ）

強誘電体トランジスタ（FeFET）の原理は比較的単純だが、トランジスタの設計と製造は極めて難しい。1990年代前半から開発が続く中、約30日というデータ保持期間を強誘電体トランジスタで初めて実現したのは、日本の産業技術総合研究所（産総研）だった。

[福田昭，EE Times Japan]

原理は単純だが製造は極めて難しい

　本シリーズの前回では、強誘電体薄膜をゲート絶縁膜に導入することで、1個のトランジスタだけでメモリセルを実現する「強誘電体トランジスタ（FeFET：Ferroelectric FET）」の基本原理をご紹介した。

　前回で説明したように、強誘電体トランジスタ（FeFET）の原理は比較的単純なのだが、トランジスタの設計と製造は極めて難しい。従来型のペロブスカイト系強誘電体材料である「ジルコン酸チタン酸鉛（PZT）」と「タンタル酸ビスマス酸ストロンチウム（SBT）」、有機高分子の強誘電体材料である「ポリフッ化ビニリデン・トリフロロエチレン（PVDF-TrFE）」を使った強誘電体トランジスタの研究開発は、1990年代前半から現在に至るまで、続いている。

　1990年代は、不揮発性メモリとしての基本的な特性すら、まともに実現できない状況が続いた。粗く言ってしまうと、トランジスタを作製しても、データを保持できない。さまざまな電極材料とゲート絶縁材料を試し、特性の良い組み合わせを模索する時期が続いた。30日前後というデータ保持期間をトランジスタで実現できたのは、2004年〜2005年のことである。

産業技術総合研究所（産総研）が2004年12月15日に発表した強誘電体トランジスタのデータ保持特性。出典：産業技術総合研究所（参考プレスリリース） （クリックで拡大）

日本の産総研が強誘電体トランジスタの研究で大きな成果

　30日前後というデータ保持期間を強誘電体トランジスタで初めて実現したのは、日本の研究機関だ。国立研究開発法人の産業技術総合研究所（産総研）である。2004年12月15日に産総研は、強誘電体トランジスタで10日間のデータ保持に成功したと報道機関向けにリリース発表した。このリリースは、同時期に開催された国際学会IEDMで研究成果を発表することを受けて発行された。

　産総研は翌年の2005年には、フルペーパーの学術論文（JJAP）で研究成果を公表した。このときには最長で37日間のデータ保持を確認するとともに、10年間のデータ保持期間を実用的な水準で実現可能との見通しを得た。

　試作した強誘電体トランジスタの強誘電体材料はSBT、ゲート絶縁材料は（HfO₂）_0.75（Al₂O₃）0.25、ゲート電極は白金（Pt）である。

国際学会「IMW2017」のチュートリアル講演で示された産総研による学術論文（JJAP）の抜粋。上はトランジスタの製造工程、左下はトランジスタの電流電圧特性、右下はトランジスタのデータ保持特性。出典：NaMLabおよびドレスデン工科大学（クリックで拡大）