静岡大学の小野行徳教授らのグループは、日本電信電話株式会社、北海道大学の研究グループと共同で、電力供給なしにトランジスタの電流を増幅させることに成功した。新たな低消費電力デバイスの開発が期待される。

 コンピュータの高性能化は、構成部品であるトランジスタの電流を、いかに少ない電力で増大させるかが鍵だ。従来の増幅法では電力供給が不可欠で、供給電力が発熱の原因となることが性能向上の阻害要因だった。

 通常、物質中の電子は、電位の高い場所から低い場所へと移動し、等電位の端子間に電子は流れず電流は生じない。しかし、電子同士の衝突頻度が非常に高い特別な場合には、電子は流体のように振る舞い、近くに強い流れがあると、その流れに沿った新たな流れが生じる。この振る舞いは電子流体と呼ばれ、これまでは、ヒ化ガリウム(GaAs)などの一部の物質で、マイクロメートル以上の大きなスケールでしか観測されなかった。

 今回、微細なシリコン内で生じる強電界を利用することにより、ナノメートルスケールのトランジスタにおいて電子流体を実現し、電位がゼロの接地した付加端子から電流を発生させ、これを利用したデバイスにより電流増幅に成功した。これは、ノズルから高圧で水や空気を噴出させるアスピレーター(ジェットポンプ)の原理を応用したもので、これまで困難と考えられていた電流増幅に伴う発熱の抑制も可能となった。

 今回の実証実験は、90ナノメートル程度のサイズのデバイスを用いたため、8K(-265.15℃)の低温下で行われたが、さらに微細化することで動作温度の向上が期待できる。今後は、実用化に向けた室温動作の実証を目指すとしている。

論文情報:【Nature Communications】Electron aspirator using electron-electron scattering in nanoscale silicon

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