2008年04月18日(金) 12時00分

世界最小「原子1個分の薄さ」のトランジスターを開発（WIRED VISION）

英国の研究チームが、厚さが原子1個分、幅が原子10個分という世界最小のトランジスターを発表した。

現在、シリコンベースの電子技術では32ナノメートルのトランジスターが最先端とされているが、新しく発表されたこのトランジスターは、その3分の1の大きさということになる。

マンチェスター大学所属の研究者で、『Science』誌に発表されたこのトランジスターに関する論文の共同執筆者でもあるKostya Novoselov氏は、「これは、あらゆる半導体工場で使用可能な、標準的なトップダウン・アプローチを採用した、分子電子工学だ」と述べた。[量子ドットの産業的な大量生成には、バルク材料を切ったり削ったりする「トップダウン」的なアプローチと、固体表面で結晶成長させ、量子ドットを自己形成させるという「ボトムアップ」的なアプローチがある。]

トランジスターは、コンピューティングの基盤となる論理ゲートを形成する。これをさらに小型化する新たな手法が見つけることは、「ムーアの法則」(半導体の集積度は1年半から2年で2倍になるという経験則)を延命させる鍵だ。現在予想されているプロセスと素材(シリコン)の改良ペースを見る限り、ムーアの法則は今後10年間は安泰と見られているが、それ以降については、提唱者のGordon Moore氏でさえ、技術の進歩がこのペースを維持できるかどうか疑問に思っている(日本語版記事)。だが、この新しいトランジスターによって、ムーアの法則の寿命はさらに延びそうだ。

このトランジスターはグラフェン(graphene)と呼ばれる素材でできている。これはNovoselov氏の研究チームが2004年に発見した、厚さ原子1個分の新素材だ。

複雑につながった炭素原子からなるグラフェンには、厚さわずか原子1個分ながら、重要な特性を複数保持している——そのうちで最も重要なのが伝導性だ。

現在のシリコン・トランジスター技術では、10ナノメートル以下になったとき、物理法則に阻まれて、信頼性の高いトランジスターは作れなくなるだろうと予想されている。

一方、グラフェンでは、10ナノメートル未満の実用的なトランジスターがすでに開発されている。Novoselov氏の研究チームでは、未公開の最新研究で、グラフェンを使用して幅も原子1個分のトランジスターを作成したと述べている。

「物理学の観点からすれば、グラフェンは宝の山だ。非常に長期間にわたり、研究の余地がある」とNovoselov氏は述べた。

グラフェン・トランジスターは、標準的な半導体製造技術を使用して作成されている。まずグラフェンの小さなシートに、電子線描画装置でチャネルを刻み込む。残るのは、中心部分に「島」と呼ばれる円形の[電子]閉じ込め部分を持つ量子ドットだ。[単電子トランジスタ(SET)のゲート部分は、十数nmの量子ドットが数nmの絶縁膜で挟まれた構造になっている。この量子ドットが「島」(電荷島)と呼ばれることがある。]

電圧によってこれらの量子ドットの伝導性を変えることができるので、量子ドットは一般的な電界効果トランジスターのように論理状態を保存できる。

上の写真の下部にある目盛りは20ナノメートルに相当するが、Novoselov氏は、同氏の研究チームが最近開発した1ナノメートルのグラフェン・トランジスターは、ムーアの法則の終点になるだろうと主張している。

「これ以上小さいものは作れないはずだ」とNovoselov氏は述べた。

小ささの限界に達したと思われるトランジスターが開発されたことで、1947年にベル研究所で開発された最初のトランジスター(左の写真はそのレプリカ)から脈々と続いてきた、長い技術の歴史が終わりを迎えるかもしれない。

さまざまな期待をかき立てるグラフェン・トランジスターだが、 Novoselov氏は、現時点ではグラフェンの大量生産は不可能だと釘を刺している。

現在製造できるグラフェン結晶の大きさはおよそ100ミクロン(0.1ミリメートル)で、米Intel社のような規模で大量生産するには小さすぎる。だがNovoselov氏は、グラフェン・ウエハーの製造が実現可能になる時期は、すでに近い将来というレベルにまで迫っていると考えている。

「おそらく、この問題はここ数年のうちに解決するだろう」とNovoselov氏は語った。

[カーボンナノチューブ分子1個の完全なラジオについての過去記事はこちら]

http://headlines.yahoo.co.jp/hl?a=20080418-00000004-wvn-sci