“ポストシリコン”狙うカーボンデバイス、性能も製造性も着実に向上：プロセス技術 IEDM2011（2/2 ページ）

200mmウエハーのラインでグラフェンICを作る

　グラフェンを使ったトランジスタの製作はこれまで、非常に小さな基板を使ったものがほとんどだった。いわゆる実験室レベルでの試作である。これに対してIBMは、一般的な半導体の製造ラインである直径200mmウエハーの生産ラインを利用してグラフェンFETと受動素子によるICを試作してみせた（Shu-Jen Han他、講演番号2.2）。

　ウエハーは高抵抗シリコンである。このウエハー上でグラフェンのFETとアルミニウム（Al）のコイルを集積して入力周波数信号を2倍にする逓倍回路を試作した。入力信号の周波数が1GHzのときに、2倍に相当する2GHzの出力信号を確認した。入力電力は0dBm、出力電力は−25dBmである。

図4　グラフェンICの構造と製造工程　（クリックで拡大）

図5　試作したグラフェンICの電子顕微鏡写真と出力周波数特性　（クリックで拡大）

チャネル長9nmのCNTトランジスタ

　カーボンナノチューブのデバイスでは、9nmと極めて短いカーボンナノチューブ（CNT）をチャネルに利用したトランジスタ（CNTトランジスタ）をIBMが試作した（Aaron D. Franklin他、講演番号23.7）。カーボンナノチューブの直径は1.3nmである。

　試作したトランジスタのオン電流（チャネル幅当たり）は1.76mA/μA（電源電圧0.4V）と高い。発表によると、チャネル長10nmのシリコンナノワイヤーによるトランジスタの4倍のオン電流を達成できたという。電流電圧特性は飽和特性を示しており、トランジスタとしての基本的な動作を確認できた段階である。速度や周波数などの動特性の確認は、これからになる。

図6　カーボンナノチューブ（CNT）トランジスタの構造（左）と試作したトランジスタの電子顕微鏡写真（中央と右）　（クリックで拡大）

図7　試作したチャネル長9nmのCNTトランジスタのサブスレッショルド特性（左）と電流電圧特性（右）　（クリックで拡大）