ARMから見た7nm CMOS時代のCPU設計（12）〜トランジスタ構造の展望：福田昭のデバイス通信（23）（2/2 ページ）

今回は、トランジスタ構造の展望を、2つの軸に沿って見ていこう。1つ目はプレーナFETからFinFETへの移行、2つ目は14nm世代から5nm世代にかけてのトランジスタ仕様である。FinFETの登場は、プレーナFETにはなかった新たな課題をもたらしている。

[福田昭，EE Times Japan]

チャンネルの材料が非シリコンに変わる

　FinFETの延命手段として考えられているのが、チャンネル材料（フィンの材料）の変更である。シリコンは非常に優れた材料なのだが、半導体材料としてはキャリアの移動度がやや低いという弱点を有する。キャリアの移動度はトランジスタの電流密度を左右する。移動度は高いことが望ましい。

　シリコン（Si）よりも高い移動度を備えた半導体材料の候補は、ゲルマニウム（Ge）とインジウム・ガリウム・ヒ素（InGaAs）である。キャリアには電子と正孔があり、それぞれの移動度は同じ材料でも違う。一般的には電子の移動度が高く、正孔の移動度が低い。

　電子の移動度で比べると、InGaAsがきわめて高く、Geが比較的高く、Siと続く。正孔の移動度ではGeが比較的高く、Siは低い。InGaAsはさらに低いとされる（室温の場合）。

　そこで研究開発レベルでは、GeをnチャンネルFETとpチャンネルFETの両方に採用したトランジスタや、InGaAsをnチャンネルにしてGeをpチャンネルにする材料を使い分けたトランジスタなどが試作されている。

チャンネルの材料をシリコンから移動度の高い材料に変更したFinFET（クリックで拡大） 出典：ARM

（次回に続く）