IBM、液体窒素冷却で最適化され、室温と比べて性能が2倍以上向上するナノシート・トランジスタのプロトタイプを実証

12月初旬にサンフランシスコで開催された今年のIEEE国際電子デバイス会議(IEDM)で、IBMの研究者は液体窒素冷却用に最適化された初の高度なCMOSトランジスタを実証しました

私たちの理解によれば、液体窒素の沸点は非常に低く、わずか -196°C であり、現在の主流の電子機器では耐えられない超低温です。しかし、このような寒い環境では、トランジスタの抵抗とリーク電流が大幅に減少するため、性能が向上し、消費電力が削減されます。

IBM が開発したナノシート トランジスタは、シリコン チャネルを薄いナノシートに切断し、ゲートで完全に囲まれた構造により実現します。より効果的な電界制御。この構造は、500 億個のトランジスタを爪ほどのサイズの領域に圧縮できるだけでなく、液体窒素冷却下でパフォーマンスを驚くほど 2 倍にすることができます。

書き直し: 低温環境には、電荷キャリアの散乱の低減と消費電力の低減という 2 つの主な利点があります。散乱の減少は抵抗の減少を意味し、これによりデバイス内で電子が移動する能力が向上し、消費電力の減少によりデバイスは同じ電圧でより大きな電流を駆動できるようになります。さらに、液体窒素冷却によりトランジスタのオン/オフ感度も向上し、状態を切り替えるのに必要な電圧変化が小さくなり、消費電力がさらに削減されます。

ただし、低温ではしきい値電圧の上昇という新たな課題も生じます。しきい値電圧はトランジスタをオンにするために必要な電圧であり、温度が低下するにつれて増加し、デバイスのスイッチングがより困難になります。従来のプロセスではしきい値電圧を下げるのは難しいため、IBMの研究者は新しいデュアルメタルゲートとデュアルダイポール技術を使用しました。彼らは、n 型トランジスタと p 型トランジスタの界面に異なる金属不純物を追加して双極子を形成し、それによって電子が伝導帯端を横切るのに必要なエネルギーを削減し、トランジスタの効率を高めました。

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