FinFET

FinFET（Fin Field-Effect Transistor）についての詳解

FinFETは、チャネルを取り囲むように配置された複数の面を持つゲートを特徴とするMOSFETの一種です。具体的には、ダブルゲート構造を形成するために、ソースおよびドレイン領域がシリコンの表面でフィンのような形状を作り出します。この名称の由来も、そうしたフィン状の構造に由来しています。FinFETデバイスは、従来のCMOSデバイスに比べて、非常に高速なスイッチング時間と高い電流密度を示すため、近年の半導体技術の進展において注目されている存在です。

歴史と開発背景

FinFETという用語は、2001年にカリフォルニア大学バークレー校の研究者たちによって提唱されました。Chenming Hu、Tsu-Jae King Liu、Jeffrey Bokorのチームは、非プレーナー型のダブルゲートトランジスタを用いて、FinFETの基礎を築きました。このトランジスタは、以前のDELTA（Single Gate）トランジスタデザインを基にしており、半導体デバイスの進化に寄与しました。

その後、FinFETトランジスタは、最小5nmのゲート厚さおよび50nm未満のゲート幅を持つことが可能であり、28nmチップへの応用が見込まれています。この新技術は、AMD、NVIDIA、IBM、ARM、Motorolaといった企業、および各種学術研究機関でも活発に研究されています。

工業界における実用化

2002年には、TSMCにより0.7Vで動作する25nmのトランジスタが初めて商業登場しました。このデバイスは「Omega FinFET」と名付けられ、ソースとドレインの構造を囲むゲート形状がギリシャ文字のオメガに似ていることに由来しています。このモデルでは、N型トランジスタのゲートディレイが0.39ピコ秒、P型トランジスタでは0.88ピコ秒という非常に短い遅延を実現しています。

また、インテルによるトライゲートトランジスタは、ゲートがチャネルの3面を囲む設計であり、これによってフラットなプレーナー型トランジスタに比べて、ゲートディレイの低減とともに、性能の大幅な向上を達成しています。

構造と機能の多様性

最初に開発されたFinFETの一形態は「DEpleted Lean-channel TrAnsistor」、通称「DELTAトランジスタ」として知られます。このトランジスタは、半導体チャネルのフィンをカバーもしくは、トップ面と側面の両方、あるいは側面のみで電気接続することが可能です。これにより、柔軟な設計が実現され、より高い性能とエネルギー効率を得ることが可能になりました。

DELTAトランジスタを改良する形で生まれたトライゲートトランジスタとダブルゲートトランジスタは、異なる接続端子を持っている点でバリエーションが存在します。後者は、接点を2つに分けることができ、「スプリットトランジスタ」として知られています。これにより、より精密な操作制御が可能となり、高度なデバイス設計が実現されます。

結論

FinFETは、今後の半導体技術の革新において重要な役割を果たすものと期待されています。高速性と効率性を兼ね備えたこの技術は、コンピュータやモバイル機器、更には次世代の電子機器に革命をもたらすことでしょう。続く研究開発がその実用化を進め、半導体産業全体の発展につながることが期待されます。

もう一度検索