研究は半導体ナノワイヤが超高速トランジスタを実現できることを示唆している

ヘルムホルツ・ツェントルム・ドレスデン＝ロッゼンドルフ（HZDR）、ドレスデン工科大学、NaMLabの共同研究チームは、ナノワイヤに引張応力をかけた際に、電子移動度が大幅に向上することを実証しました。トランジスタ性能の重要な指標である電子移動度の向上は、性能、熱効率、電力効率の大幅な向上をもたらすことが期待され、将来のチップにおいてさらに高速なトランジスタの実現につながる可能性があります。

重要なのは、この研究が半導体分野でよく知られた材料を用いている点です。研究対象はガリウムヒ素ナノワイヤ構造です。この化合物は既に工業製造で広く使用されており、高い固有電子移動度を持つことが知られています。Nature誌に掲載されたこの研究は、ナノワイヤベースのトランジスタ設計のユニークな特性、すなわち原子構造に損傷を与えることなく非常に大きな弾性ひずみに耐えられるという特性を利用しています。 

「コア内の電子の有効質量に影響を与えます。いわば電子が軽くなり、動きやすくなるのです」と、 HZDRイオンビーム物理・材料研究所の科学者、エマヌイル・ディマキス博士は説明する。「引張歪みを受けた結晶構造では、コア内の電子の動きがさらに大きくなることは分かっていました」とディマキス博士は続ける。「しかし、ワイヤーシェルがコア内の電子移動度にどの程度影響を与えるかは分かっていませんでした。コアは非常に薄いため、電子はシェルと相互作用し、散乱を受けてしまうのです。」

半導体業界では材料と設計の研究が盛んに行われており、業界と研究の専門家からなる複数のチームが、この熾烈な競争の激しい分野において、より効果的で高性能かつスケーラブルな設計の実現に向けて競い合っています。性能要件が既存の技術の限界に迫るにつれ、研究はより革新的なソリューションへとますます焦点を当てています。最先端の製造施設に必要な数十億ドル規模の投資を削減するためには、これらのソリューションは、資源の入手可能性とコスト（シリコンが現在主流となっている理由の2つ）に加え、既存の製造ツールや技術との互換性も考慮してバランスを取る必要があります。

研究チームは現在、研究成果から生まれた最初の実用的なプロトタイプ設計の開発を目指しています。ナノワイヤのサイズとピッチ、そしてドーピング（シリコンなどの元素を化合物に加えること）の効果を最適化し、既に理論化されている電子移動度50%の向上を目指しています。