独立行政机构产业技术综合研究所[会长：中钵良二]（以下简称“AIST”）纳米电子研究部[研究部主任安田哲二]新材料与功能集成组Takahiro Mori等研究人员是硅隧道场效应晶体管（tunnel FET）设计并演示了一种新的运行速度改进技术。该技术预计可将运行速度提高10倍以上。
隧道FET是一种基于新工作原理的晶体管，在约02至03V的低电压下驱动，有望应用于超低功耗集成电路。但，隧道阻力很大。传统的硅隧道 FET，目前用于集成电路场效应晶体管 (MOSFET)相比，驱动电流仅为约1/100至1/1000。凭借这次开发的技术，隧道概率，我们将硅隧道FET的驱动电流增加了10倍以上。这有望提高运行速度，并被认为有助于硅隧道 FET 的实际应用，因为硅隧道 FET 在成本和批量生产方面都具有优势。
有关该技术的详细信息，请参阅将于2014年6月10日至12日（当地时间）在美国夏威夷举行的国际会议“2014”。超大规模集成电路技术研讨会”即将公布。
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| 新开发的硅隧道FET的横截面透射电子显微镜图像（左）和该技术的概念图（右） |
在许多人拥有智能手机和平板电脑等IT设备的时代，处理的信息量呈爆炸式增长。导致IT设备的功耗不断增加，为了实现低能耗社会，将IT设备的功耗降低到超低功耗非常重要。此外，为了实现一个安全放心的社会传感器网络那么，恢复能量驱动的传感器即使使用少量电力。
为了降低功耗，大规模集成电路（LSI）的各个晶体管的驱动电压的技术。迄今为止，MOSFET一直用于LSI，电源电压逐渐降低，但近年来已达到08V左右的稳定水平。为了克服这种情况，隧道FET作为替代MOSFET的新型晶体管而受到关注，并且有望在02至03V的极低电压下驱动。
绿色纳米电子中心 (GNC) 是一个位于 AIST 纳米电子研究部的合作研究机构，截至 2014 年 3 月，一直致力于基于新工作原理的晶体管研究，包括隧道 FET (2013 年 6 月 10 日 AIST 新闻稿）。
这次为了解决驱动电流小导致运行速度慢的问题，我们将其应用到隧道结等电子杂质的中间电平来增加驱动电流。
这项研究开发是在GNC在日本学术振兴会前沿研究开发支援计划（FIRST）的支持下进行的，该计划是由科学技术政策委员会（2010财年至2013财年）设计的。
10639_10695动量守恒定律。这次，我们通过在隧道势垒中引入等电子杂质形成中间能级，并让电子隧道穿过中间能级，放松了动量守恒定律的限制，提高了隧道概率（图1）。
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| 图 1 隧道现象的差异取决于是否存在中间能级 |
图2显示了采用新技术和常规硅隧道FET在隧道势垒中形成中间能级的硅隧道FET的电流-电压特性。通过形成中间电平，获得了普通硅隧道FET的10倍以上的驱动电流。由于晶体管的工作速度与驱动电流量成正比，因此预计工作速度将提高10倍以上。
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| 图2 采用新技术形成的中间电平硅隧道FET与普通硅隧道FET的电流-电压特性 |
隧道 FET关断电流体积小，待机功耗低。然而，有人担心新开发的技术可能会增加断态电流和待机功耗。图3显示了新开发的硅隧道FET和常规硅隧道FET的待机电流特性。没有观察到断态电流的显着增加，并且发现无需担心待机功率的增加。
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| 图3 采用新技术形成的中间电平硅隧道FET与普通硅隧道FET的待机电流特性 |
硅，一种更简单的设备二极管当对硅二极管施加反向电压时，会产生隧道电流，但当应用新开发的技术时，流经硅二极管的隧道电流增加了735倍。在硅隧道FET中，驱动电流增加了10倍以上，但实际使用时需要将驱动电流增加100至1000倍。基于硅二极管中隧道电流的增加，人们认为硅隧道FET中的电流也有可能出现类似的增加。
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| 图4硅二极管温度特性比较 |
旨在进一步提高硅隧道FET的驱动电流。同时，利用该技术CMOS我们的目标是制作电路原型并演示其操作。