結晶性酸化物半導体

創エネルギーから省エネルギーへ。
極省電力化を第一に考えた次世代デバイスを目指す。


次世代の半導体材料として注目を集めている酸化物半導体(Oxide Semiconductor:OS)。
中でもインジウム(In)、ガリウム(Ga)、亜鉛(Zn) の結晶性酸化物であるIGZO に注目し、当社では他社に先駆けて研究開発を進めてきました。その成果としてc 軸配向結晶(CAAC®:C-Axis Aligned Crystal)、nc(ナノクリスタル)という新しい結晶構造を世界で初めて発見しました。
これらの技術は、2012 年にシャープ株式会社製スマートフォンのディスプレイに搭載されたのを皮切りに、現在も広く実用化されている技術です。現在は、結晶性酸化物半導体技術のLSI 分野における実用化を目指し、極省電力化を実現するデバイスの開発に取り組んでいます。


>>>CAAC-OS®の詳細についてはこちら


結晶性酸化物半導体が秘める可能性。
新時代デバイス実現の鍵は、従来材料にはない特徴の数々。


結晶性酸化物半導体の5つの特徴








[1] Kiyoshi Kato et al.,“ 5291-ppi OLED Display Enabled by Monolithic Integration of C-axis-aligned Crystalline IGZO FET and Si CMOS,” IDW ‘21 Proc., 177 (2021).
[2] H. Kunitake et al.,“ A c-axis-aligned Crystalline In-Ga-Zn Oxide FET with a Gate Length of 21 nm Suitable for Memory Applications,” J. Electron Devices Soc., 7, 495 (2019).
[3] Reprinted with permission from A. Suzuki, et al. , ECS Trans., 2020 vol. 98, No. 7, pp. 13-27, Copyright (2020), The Electrochemical Society


究極のスイッチも実現可能!
結晶性酸化物半導体の極小オフ電流特性。


OSFET®(CAAC-IGZOを用いたFET1))は、高温を含めた広い温度範囲においてオン状態とオフ状態での電流比が高く、非常に優れた「スイッチ」であるといえます。この優れたスイッチを用いて、新しい概念のメモリをつくることができます。
従来のフローティングゲート型の不揮発性メモリは、トランジスタのゲート絶縁膜に電荷を注入することにより書き込みを行いますが、注入のエネルギーが高いために絶縁膜の劣化が生じ、書き換え回数に限界がありました。
対して、OSFETを用いたメモリは、スイッチであるOSFETをON/OFFするだけで書き換えが可能であり、原理的に劣化がない、理想的なメモリであるといえます。


OSFETのスイッチ切り替えを表す模式図



>>> OSFETを用いたメモリ「NOSRAM®」の情報はこちら



結晶性酸化物半導体によって実現する高機能デバイス


結晶性酸化物半導体を用いることで、これまでの技術では実現の難しい高機能なディスプレイやLSIを作製することができます。当社ではこれら新規デバイスの提案、研究開発を行っています。
結晶性酸化物半導体によって実現する高機能デバイス

1)FET・・・・・Field Effect Transistor(電界効果トランジスタ)
2)NOSRAM・・・・・Nonvolatile Oxide Semiconductor Random Access Memory
3)DOSRAM・・・・・Dynamic Oxide Semiconductor Random Access Memory

※ CAAC, CAAC-OS, OSFET, NOSRAM, IDS駆動, DOSRAMは半導体エネルギー研究所の登録商標です。
(商標登録第5473530号、第5473535号、第5519759号、第6544563号、第5582173号、第6544564号)