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平成11年12月9日 | ||||||||||||||||
日本電信電話株式会社 | ||||||||||||||||
１０万分の１の消費電力で動作する「単電子トランジスタ」で コンピュータ基本回路を実現 ──究極の省エネコンピュータの実現に向けて── | ||||||||||||||||
NTTは、消費電力が従来比約１０万分の１の究極の低消費電力素子「単電子トランジスタ(*1)」を集積化する技術を開発し、単電子トランジスタを組み合わせたコンピュータの基本回路の試作に世界で初めて成功しました。単電子トランジスタは、文字通り電子１個単位で動作することのできる素子で、今回、これを2個並べたインバータ回路の試作に成功しました。この回路は消費電力が従来比約１０万分の１であることに加え、サイズについても従来の１００分の１以下の大きさを実現しました。これにより、高度な機能と圧倒的な省エネ性を兼ね備えた次世代の通信機器やモバイルツール、パソコンなどの開発に大きな可能性を開きました。 ＜開発の背景＞ 近年の集積回路のめざましい発展により、パソコンや携帯端末など高度な情報処理機能を持つさまざまな機器が広く一般に普及してきました。しかし、扱う情報が大量になることに伴って、機器内の電力消費の増大が大きな問題になってきています。地球環境や資源を考慮した省エネルギーの観点からも、また、バッテリーによる一層の長時間使用を可能にするためにも、低消費電力な集積回路の実現が求められていました。 ＜技術の概要＞ 従来のトランジスタでは、電流のオン・オフを制御するのに約10万個の電子を必要とします。これに対して単電子トランジスタでは、入力端子の電子数を１個変化させるだけで電流のオン・オフを切り替えることができます。つまり切替え動作に必要な消費電力が１０万分の１に低減できるわけです。 この単電子トランジスタを実現するには、電子を１個単位で扱える極めて微小な電極構造の作製技術が要求されます。そこでNTTでは、1994年にパターン依存酸化法(PADOX法=パドックス法：Pattern-Dependent Oxidation)という手法を考案し、シリコンで単電子トランジスタを作るための基本技術を開発しました。 今回は、このPADOX法に改良を加えてV-PADOX法(ブイパドックス法=Vertical PADOXの略)という、簡単かつ制御性に優れた画期的手法を開発しました。これにより、従来型トランジスタを用いた回路の１００分の１以下のサイズに単電子トランジスタ2個を搭載した極小のインバータ回路(*2)を作製し、動作させることに成功しました。この回路はコンピュータの基本演算回路であり、これを組み合わせることにより、あらゆる論理演算回路を構築することが可能となります。 なお、今回の研究成果は、本年12月に米国ワシントンで開催される電子素子に関する最も権威ある国際会議「ＩＥＤＭ(International Electron Devices Meeting)」において、NTT物性科学基礎研究所の小野行徳主任研究員によって発表されます。 ＜今後の予定＞ NTTではV-PADOX法の改良に取り組みつつ、これを用いて、より高度な機能を実現する集積回路の開発を進めていく予定です。 ＜主な特徴＞
＜技術的ポイント＞
＜用語解説＞ *１：単電子トランジスタ 電子１個を操ることができる究極の省エネルギー素子。制御用電極の電子数を１個変化させるだけで、電流の流れをオン・オフすることができる。これを実現するためには、２つの電極の間に電子の入れ物となる10ナノメートル（１億分の１メートル）程度の“シリコン島”を設けるなど、非常に高度な設計・作製技術が要求される。 *２：インバータ コンピュータの最も基本的な回路で、出力が入力の反対になる回路。すなわち入力が「１」のときに出力が「０」、入力が「０」のときに入力が「１」となる性質を持ち、トランジスタ２個を接続して構成される。この接続条件を変えてトランジスタを連結することで、あらゆる論理演算回路が構成できる。 | ||||||||||||||||
 単電子トランジスタによるインバータ回路 | ||||||||||||||||
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 NTT NEWS RELEASE | ||||||||||||||||