サムスン電子とTSMCが2ナノメートル（nm）工程で競争を繰り広げるなか、韓国の研究陣がコンピューターシミュレーションのみでトランジスター微細化の物理的限界を原子レベルで予測する技術を開発した。
韓国科学技術院（KAIST）電気及び電子工学部のキム・ヨンフン教授研究チームが、第1原理計算に基づく電算設計（TCAD）プラットフォームを構築したと14日明らかにした。
半導体業界は性能向上のためトランジスターを継続的に小型化してきたが、一定の大きさ以下に縮小すると電子が逸脱する「量子トンネル」現象が発生し電流制御が不可能になる。この限界を実験で検証するのは現在の技術では事実上困難だ。
研究チームは、原子・電子の動きを基本物理法則のみで計算する第1原理手法と、自主開発した理論体系（多空間密度汎関数論）を結合してこの問題にアプローチした。
これを次世代半導体の候補素材である単一層二硫化モリブデン（MoS₂）素子に適用した結果、トランジスター微細化の限界を決定する「臨界トンネル長」が金属の仕事関数と接触構造に応じて変化する設計変数であることを確認した。素材の組み合わせと構造の選択によっては、さらなる微細化の余地が残っているという意味だ。
研究チームが検討した金属候補群の最適組み合わせでは、臨界トンネル長を4nm未満まで短縮できる可能性が確認された。特性の異なる2次元半導体を組み合わせて消費電力を低減する次世代素子の設計方向も併せて提案した。
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