微細化（スケーリング）は2nm前後で限界に近づいており、
従来の「シリコン × CMOS」では性能伸びしろが小さくなっている。

 

そのため、世界の研究開発は次の方向へ向かっている：

● 材料を変える（Si → 2D材料、強誘電材料など）

● 構造を変える（FinFET → GAA → Beyond GAA）

動作原理を変える（電子 → スピン・フォトン・強誘電）

これが「ポストCMOS」と呼ばれる大きな潮流。

FeFETは、強誘電体を使った新しいトランジスタ。

● FeFETの特徴

　・ゲート絶縁膜に >HfO₂ベースの強誘電膜 を使用

　・残留分極（PR）がメモリとして利用可能

　・超低消費電力（SRAMより低い）

　・不揮発性メモリとして動作

　・ロジックと同じプロセスで作れる可能性が高い（CMOS互換）

● 期待される応用

　・AI推論の近傍計算（Near-memory computing）

　・超省電力メモリ（NV-SRAM代替）

　・神経模倣デバイス（ニューロモルフィック）

● 課題

　・信頼性（分極疲労）

　・書き換え寿命

　・高温安定性

Intel、imec、Samsungなどが研究を加速している。

シリコンの次 として最も注目されている候補のひとつ。

● CNTの強み

　・キャリア移動度がSiの10倍以上

　・電流駆動能力が高い

　・ゲート制御性が強い

　・低電圧動作が可能

　・微細化しても特性劣化が小さい

　・CMOS互換デバイスとして実現可能

● 実現が難しい理由

　・CNTの金属／半導体の分離が困難

　・チューブ径のばらつき

　・配向（向きを揃える）の難易度

　・大面積で均一に並べる技術が未成熟

IBM・Stanford・TSMCが共同で研究中。

デバイスを原子数層の厚さで作るという発想。

● なぜ2D材料が注目される？

　・厚みが原子レベル → チャネルスケーリングが容易

　・表面が完全に平坦 → ばらつきが小さい

　・電界制御性が極めて高い

　・短チャネル効果に強い

　・ボディ効果が小さい

特に MoS₂（2D半導体） と グラフェン（高移動度材料） が代表。

● 課題

　・大面積合成の難しさ

　・金属接触抵抗が高い

　・量産スケールでの均一性が未確立

「ポストGAA」の最有力候補と見られている。

電子の代わりに光で計算・通信する技術。

● 光デバイスが必要な理由

データセンターでは電力消費が限界に近い。
電子配線は距離が伸びるほど遅延と消費電力が増大。

光（フォトン）は：

　・抵抗による損失がゼロ

　・長距離伝送が低損失

　・高帯域で高速

● シリコンフォトニクスの強み

　・CMOSラインで製造可能

　・光通信との親和性

　・データセンター内の光配線化が加速

● 現状の課題

　・光源（レーザー）がSiで作れない

　・プロセス歩留まり

　・温度依存性の補償が必要

将来は AIチップ × 光インターコネクト が本命になる。

電子のスピンを使う新しい計算方式。

● 特徴

　・低消費電力

　・不揮発性

　・超高速スイッチング

　・MRAMの高速化に直結

● 応用

　・STT-MRAM（既に量産）

　・電力不要のメモリ

　・ニューロモルフィック素子

● 課題

　・材料の安定性

　・スイッチング電流の削減

　・スケーリング限界

「メモリとロジックの境界を曖昧にする技術」でもあり、
AI処理に向いた構造として注目されている。

世界の研究は次の3軸で進んでいる：

（A）材料を変える

　・CNT

　・2D材料

　・強誘電体

　・新規絶縁膜

　・光材料

●（B）構造を変える

　・GAA

　・ナノシート → ナノワイヤ

　・CFET（N型・P型を縦に積む）

　・3Dロジック

●（C）動作原理を変える

　・スピントロニクス

　・ニューロモルフィック

　・光計算

　・量子デバイス

これらは2nm以降 の突破口。

特に CFET（Complementary FET） は、TSMC・Samsung・imecが本格研究中で、

GAAの次に来る可能性が高い。

　・微細化の壁を突破するため、新材料・新構造が不可欠

　・FeFETは論理＋メモリ統合の鍵

　・CNT/2D材料はポストCMOS候補

　・シリコンフォトニクスはデータセンター革命

　・スピントロニクスは不揮発・省電力の本命技術

　・世界は材料 × 構造 × 計算方式の3軸で進化中

１．FeFETが注目される理由を説明してください。

２．CNT-FETが実用化に難しい最大の理由は何か？

３．MoS₂などの2D材料が微細化に強い理由を挙げよ。

 

コラム監修：角本 康司 (オーティス株式会社)
語学留学や商社での企画開発を経て2011年にオーティス株式会社入社。経営企画部を中心に製造・技術部門も兼任し、2018年より代表取締役として事業成長と組織強化に努めている。

 

※本記事は教育・啓発を目的とした一般的な技術解説であり、特定企業・製品・技術を示すものではありません。