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シリコンに代わるゲルマニウム単結晶の超薄膜化に成功―超高速・低消費電力のLSI開発に道:産業技術総合研究所

(2017年6月5日発表)

 (国)産業技術総合研究所は65日、シリコンの性能を凌駕(りょうが)すると期待されているゲルマニウムの単結晶の超薄膜化に成功し、この薄膜を絶縁膜で挟むとゲルマニウム中の電子移動度が著しく向上することを見出したと発表した。超高速で消費電力が少ないゲルマニウムLSI(大規模集積回路)の開発に道を開く成果という。

  シリコン(Si)トランジスタの超微細化、高密度化によって性能を高めてきたLSIは近年限界に近づいており、代わってSiより電子移動度が高く低電圧で作動するゲルマニウム(Ge)が注目を集めている。

 しかし、その基盤となる高品質の単結晶薄膜の形成が難しく、その製法の開発が課題の一つとなっていた。

  産総研の研究グループは今回、半導体転写技術などを工夫し、膜厚が10nm(ナノメートル、1nmは10億分の1m)以下の均一なGe超薄膜構造の作製法を開発した。

 HELLO法と呼ばれるこの製法は、まずヒ化ガリウム基板上にGe/SiGe/Geの複層膜を結晶成長させ、次にシリコン基板を貼り合せてヒ化ガリウム基板を剥離、シリコン基板上への複層膜の転写を得る。最後に不要な層をエッチングし、精密に膜厚を制御した超薄膜Ge構造を作り出すというもの。

 得られた単結晶Ge超薄膜の膜厚を13nmから3nmに薄くして電子移動度の変化を調べたところ、薄膜化するにつれて電子移動度が急激に上昇する現象が見られた。

 これは、これまでの常識を覆すもので、Geによる高性能な超低消費電力のLSI製造につながるだけではなく、新たな電子・光デバイスへの応用展開が期待されるという。