真空チャネルトランジスタ
真空チャネルトランジスタは真空管の原理を利用したトランジスタ。
概要
集積回路で使用される従来の電界効果トランジスタは微細化が進むにつれてゲート絶縁膜が薄くなり過ぎることが原因でリーク電流が相対的に増大しつつあった。また、シリコンの電子移動度の限界により高速化に限界があった。また宇宙空間での使用時には放射線耐性の問題もあった。それらの問題を解決するために様々な研究開発が進められており、その中の一つである真空チャネルトランジスタは真空管の原理を利用している。
歴史
真空管を微細化するという概念自体は目新しものではなく、半導体の製造技術が進歩しつつあった1960年代に既に提案されていたものの、当時はまだ製造技術が不十分で実現には至らなかった。1980年代には実際に動作する真空チャンネルトランジスタの事例が報告されたが、当時の微細加工技術ではソースとドレイン間の距離を狭めることができなかったため、ゲートの閾値電圧が高く、実用化できなかった。その後、微細加工技術の進展によりソースとドレイン間の距離を狭める事が可能になり、2012年には閾値電圧が半導体と同水準の0.5Vにまで低下した。
構造
従来の電界効果トランジスタではソースとドレイン間に半導体があり、そこを電流が流れるが、真空チャンネルトランジスタではソース・ドレイン間に150ナノメートルの真空ギャップを作ることで物理的な接触なしにゲート間に電子が流れる。従来の真空管であれば熱電子を放出するために陰極を加熱していたが、微細化により静電界に置くだけで電子を放出するようになり、加熱が不要になった。また、真空チャンネルトランジスタには複数の形式が提案されている。
特徴
シリコントランジスタよりも電子移動度が高いので高速でのスイッチングが可能でテラヘルツ帯での高周波素子として期待される。高温での作動が可能で、放射線に対しても耐性がある反面、作動に伴いソース電極が劣化するので信頼性に劣る。