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スピンMOSトランジスタの基本技術を開発

高速・低消費電力・不揮発の次世代半導体
2009年12月08日

 当社は、次世代の半導体であるスピンMOSトランジスタの基本技術を世界で初めて開発しました。スピンMOSトランジスタは、電子のスピン(自転)を動作制御に利用した新型素子で、LSIを高速・低消費電力化できるほか、スピン方向の不揮発性を生かし、ロジックLSIのトランジスタにメモリ機能を持たせることもできるなど、優れた特長があります。
  今回当社は、電極に磁性層を設けた独自の素子構造で読み書きの基本動作の検証に初めて成功したもので、この成果について、世界有数の半導体国際学会IEDM 注1 において本日発表します。

 電流値を制御する従来方式の素子で微細化を続けると、回路内の電気抵抗や電流漏れが増大し、性能劣化や消費電力増大を招きます。この問題を解決するスピンMOSトランジスタは、将来の高性能LSI向けの有力技術とされますが、従来の成果はスピンの動作確認に留まっていました。

 今回の素子は、一般的なMOSFET 注2 にスピン機能を担う磁性層を導入したもので、ゲート電圧によりソース・ドレイン間に電流を流し、その電流がスピン反転を制御して素子の抵抗値を変え、読み書きデータに対応させるものです。磁性層にはMTJ 注3 構造を導入し、材料には磁性層がスピン偏極しやすいハーフメタルの一種であるホイスラー合金を採用しました。

 当社は、本技術を将来実現の期待される不揮発ロジックLSI技術の一候補と位置づけ、今後設計の改良や特性の向上に向けた開発を進め、2015年以降の実用化を目指します。なお、本開発の一部は、新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)の委託事業です。

注1
International Electron Devices Meetingの略。世界有数の半導体国際学会の一つ。本年は12月7日から9日まで、米国メリーランド州ボルチモアで開催。
注2
Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistorの略。電界効果トランジスタを意味し、現在LSIで一般的に用いられる素子構造。
注3
Magnetic Tunnel Junctionの略。磁気トンネル接合を意味し、2つの磁性層で絶縁膜を挟んだ構造。一方の層は磁化方向が固定され、もう一方の磁化反転層との磁化方向の組み合わせで抵抗値を制御する。

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