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強誘電HfO2による急峻スロープFETの低消費電力回路と混載FeRAMの設計実証

研究課題

研究課題/領域番号 16K18085
研究種目

若手研究(B)

配分区分基金
研究分野 電子デバイス・電子機器
研究機関東京大学

研究代表者

小林 正治  東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (40740147)

連携研究者 平本 俊郎  東京大学, 生産技術研究所, 教授 (20192718)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2017年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2017年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2016年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
キーワード低消費電力 / 負性容量トランジスタ / 不揮発性メモリ / 強誘電体 / 酸化ハフニウム / 負性容量 / IoT / 強誘電性 / HfO2 / トランジスタ
研究成果の概要

本研究ではIoT向けセンサノードデバイスにおける集積回路の飛躍的な超低消費電力化に向けたトランジスタおよびメモリ技術の研究開発を行った。トランジスタについては、0.2V以下で動作する負性容量トランジスタの設計指針を明確にし、また実際に試作・実証を行い急峻サブスレショルド特性を実現するとともに、動作原理に関する新しい物理メカニズムの提案を行った。メモリについては、待機時の消費電力を極限まで抑える不揮発性SRAMを設計・試作、動作実証に成功した。トランジスタ・メモリともに強誘電体HfO2薄膜を用いたところが特徴であり低コストな低消費電力デバイスの実現性・有用性を示した点で工学上重要な成果を上げた。

報告書

(3件)
  • 2017 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2016 実施状況報告書
  • 研究成果

    (26件)

すべて 2018 2017 2016

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (21件) (うち国際学会 9件、 招待講演 8件)

  • [雑誌論文] Experimental Demonstration of a Nonvolatile SRAM with Ferroelectric HfO2 Capacitor for Normally Off Application2018

    • 著者名/発表者名
      Masaharu Kobayashi, Nozomu Ueyama, Kyungmin Jang, and Toshiro Hiramoto
    • 雑誌名

      Journal of the Electron Devices Society

      巻: 6 ページ: 280-285

    • DOI

      10.1109/jeds.2018.2800090

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Experimental Observation and Simulation Model for Transient Characteristics of Negative-Capacitance in Ferroelectric HfZrO2 Capacitor2018

    • 著者名/発表者名
      Kyungmin Jang, Nozomu Ueyama, Masaharu Kobayashi, and Toshiro Hiramoto
    • 雑誌名

      Journal of the Electron Devices Society

      巻: 6 ページ: 346-353

    • DOI

      10.1109/jeds.2018.2806920

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] I on /I off ratio enhancement and scalability of gate-all-around nanowire negative-capacitance FET with ferroelectric HfO22017

    • 著者名/発表者名
      Jang Kyungmin, Saraya Takuya, Kobayashi Masaharu, Hiramoto Toshiro
    • 雑誌名

      Solid State Electronics

      巻: 136 ページ: 60-67

    • DOI

      10.1016/j.sse.2017.06.011

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] On gate stack scalability of double-gate negative-capacitance FET with ferroelectric HfO2 for energy efficient sub-0.2V operation2017

    • 著者名/発表者名
      Kyungmin Jang, Takuya Sayara, Masaharu Kobayashi, and Toshiro Hiramoto
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 136 号: 2 ページ: 60-67

    • DOI

      10.7567/jjap.57.024201

    • NAID

      210000148597

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Negative Capacitance for Boosting Tunnel FET Performance”, IEEE Transactions on Nanotechnology2017

    • 著者名/発表者名
      Masaharu Kobayashi, Kyungmin Jang, Nozomu Ueyama, and Toshiro Hiramoto
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Nanotechnology

      巻: 16 号: 2 ページ: 253-258

    • DOI

      10.1109/tnano.2017.2658688

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Negative Capacitance Transistor for Steep Subthreshold Slope2018

    • 著者名/発表者名
      Masaharu Kobayashi
    • 学会等名
      Electron Devices Technology and Manufacturing (EDTM) Conference 2018
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 超低消費電力エレクトロニクスに向けた強誘電体HfO2系薄膜材料による デバイス技術のブレークスルー2018

    • 著者名/発表者名
      小林正治
    • 学会等名
      電子デバイス界面テクノロジー研究会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Technology break-through by ferroelectric HfO2 for ultralow power electronics2017

    • 著者名/発表者名
      Masaharu Kobayashi
    • 学会等名
      International Nanotechnology Conference on Communication and Cooperation Workshop (INC workshop)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Investigations on dynamic characteristics of ferroelectric HfO2 based on multi-domain interaction model2017

    • 著者名/発表者名
      Kyungmin Jang, Nozomu Ueyama, Masaharu Kobayashi, and Toshiro Hiramoto
    • 学会等名
      Silicon Nano Workshop (SNW) 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A nonvolatile SRAM integrated with ferroelectric HfO2 capacitor for normally-off and ultralow power IoT application2017

    • 著者名/発表者名
      Masaharu Kobayashi, Nozomu Ueyama, and Toshiro Hiramoto
    • 学会等名
      VLSI symposium 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A nonvolatile SRAM integrated with ferroelectric HfO2 capacitor for normally-off and ultralow power IoT application2017

    • 著者名/発表者名
      Masaharu Kobayashi
    • 学会等名
      The Fifth Berkeley Symposium on Energy Efficient Electronic Systems & Steep Transistors Workshop
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ノーマリーオフ動作のための強誘電体HfO2を集積した不揮発性SRAM2017

    • 著者名/発表者名
      小林正治,上山望,平本俊郎
    • 学会等名
      シリコン材料・デバイス研究会(SDM)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 強誘電性マルチドメイン相互作用モデルを用いた強誘電体HfO2の動特性に関する考察2017

    • 著者名/発表者名
      Jang Kyungmin, 上山望,小林正治,平本俊郎
    • 学会等名
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 低消費電力応用に向けた強誘電体HfO2薄膜不揮発性SRAMの動作実証2017

    • 著者名/発表者名
      小林正治,上山望,平本俊郎
    • 学会等名
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Present status and future prospects of Si-based CMOS devices2017

    • 著者名/発表者名
      小林正治
    • 学会等名
      第1回 CSRN-Tokyo Workshop 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] CMOSプロセスと整合性の高い強誘電ナノ薄膜材料による不揮発性メモリの新展開2017

    • 著者名/発表者名
      小林正治
    • 学会等名
      NEDIA 第4回 電子デバイスフォーラム京都(2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 負性容量トランジスタに向けた強誘電性HfZrO2膜における負性容量の直接観測2017

    • 著者名/発表者名
      上山 望,小林正治,平本俊郎
    • 学会等名
      第64回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜, 神奈川
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] 強誘電体HfO2ダブルゲート負性容量FETの動特性に関する考察2017

    • 著者名/発表者名
      Jang Kyungmin、上山 望、小林正治、平本俊郎
    • 学会等名
      第64回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜, 神奈川
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] 強誘電体HfO2を用いたGate-All-Aroundナノワイヤ負性容量FETにおけるIon/Ioff比の向上とそのスケーラビリティ2017

    • 著者名/発表者名
      Jang Kyungmin,更屋拓哉,小林正治,平本俊郎
    • 学会等名
      第64回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜, 神奈川
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Ultra-Low Power and Ultra-Low Voltage Devices and Circuits for IoT Applications2016

    • 著者名/発表者名
      Toshiro Hiramoto, Kiyoshi Takeuchi, and Masaharu Kobayashi
    • 学会等名
      IEEE Silicon Nanoelectronics Workshop
    • 発表場所
      Hilton Hawaiian Village, Honolulu, HI, USA
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Negative Capacitance as a Performance Booster for Tunnel FET2016

    • 著者名/発表者名
      Masaharu Kobayashi, Kyungmin Jang, Nozomu Ueyama, and Toshiro Hiramoto
    • 学会等名
      IEEE Silicon Nanoelectronics Workshop
    • 発表場所
      Hilton Hawaiian Village, Honolulu, HI, USA
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] On Gate Stack Scalability of Double-Gate Negative-Capacitance FET with Ferroelectric HfO2 for Energy-Efficient Sub-0.2V Operation2016

    • 著者名/発表者名
      Kyungmin Jang, Takuya Saraya, Masaharu Kobayashi, and Toshiro Hiramoto
    • 学会等名
      IEEE Silicon Nanoelectronics Workshop
    • 発表場所
      Hilton Hawaiian Village, Honolulu, HI, USA
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Experimental Study on Polarization-Limited Operation Speed of Negative Capacitance FET with Ferroelectric HfO22016

    • 著者名/発表者名
      Masaharu Kobayashi, Nozomu Ueyama, Kyungmin Jang, and Toshiro Hiramoto
    • 学会等名
      IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM)
    • 発表場所
      Hilton San Francisco Union Square, San Francisco, CA, USA
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Ion/Ioff Ratio Enhancement of Gate-All-Around Nanowire Negative-Capacitance FET with Ferroelectric HfO22016

    • 著者名/発表者名
      Kyungmin Jang, Takuya Saraya, Masaharu Kobayashi, and Toshiro Hiramoto
    • 学会等名
      International Semiconductor Device Research Symposium (ISDRS)
    • 発表場所
      Hyatt Regency Bethesda, Bethesda, MD, USA
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 負性容量によるトンネルFETの性能向上負性容量によるトンネルFETの性能向上2016

    • 著者名/発表者名
      小林正治,チャン キュンミン,上山 望,平本俊郎
    • 学会等名
      第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      朱鷺メッセ, 新潟
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] サブ0.2Vの高エネルギー効率動作に向けた強誘電体HfO2ダブルゲート負性容量FETにおけるゲートスタックのスケーラビリティ2016

    • 著者名/発表者名
      Jang Kyungmin,更屋拓哉,小林正治,平本 俊郎
    • 学会等名
      第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      朱鷺メッセ, 新潟
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2019-03-29  

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