韓国の研究チーム、厚さ0.7ナノ級の半導体素子製作技術を開発…米科学誌に掲載

【10月17日 KOREA WAVE】韓国の基礎科学研究院（IBS）の研究チームが、厚さ0.7ナノメートル級の次世代半導体素子を製作する技術を開発した。2次元半導体を構成する原子を選択的に置き換え、1枚の薄膜の中に半導体、絶縁体、半金属を組み込むことに成功した。韓国科学技術情報通信省が16日発表した。研究成果は同日、米科学誌「サイエンス」に掲載された。

メガ・ニュース（MEGA News）のパク・ヒボム記者の取材によると、技術を開発したのは、チョ・ムンホ氏が団長を務めるIBSのファンデルワールス量子物質研究団。0.7ナノメートル級の半導体素子製作技術は、米IBMが2026年6月に発表したのに続き、2例目という。

2次元半導体は、原子層ほどの薄さでも電流を制御できるため、超微細で消費電力の少ない次世代半導体として注目されている。一方、異なる材料を精密に集積することが難しく、技術開発の課題となっていた。

研究チームは、異なる材料を積み重ねる代わりに、2次元半導体を構成する原子を選択的に置き換え、必要な材料を狙った位置に形成する方法を考案した。

具体的には、p型半導体の二セレン化タングステン（WSe₂）を使用した。タングステン原子の層を上下からセレン原子の層が挟む構造で、タングステン原子はそのまま残し、セレン原子だけを別の原子に置き換えることで、材料の電気的性質を変化させた。p型半導体は、電子が抜けた穴に相当する正孔が電流を運ぶ半導体を指す。

研究チームは、反応温度と反応ガスの圧力を調整し、化学反応が次の層へ進むのを制御することで、厚さ0.7ナノメートルの原子層単位で材料を変換することに成功した。半導体製造用のマスクを使用し、平面上の特定の位置だけを選択的に変える技術も実現した。

この技術を使い、1枚の薄膜に半導体の二セレン化タングステン、絶縁膜の酸化タングステン、半金属電極の接合層となる二テルル化タングステンを組み込んだモジュール型トランジスタを製作した。

チョ・ムンホ氏は「金属電極から半導体に電荷が移動する際に越える必要があるエネルギー障壁が35.5ミリ電子ボルトまで低下した。これは金属電極を接合した場合の約3分の1で、電流が流れやすくなったことを意味する」と説明した。

電流を10倍に変化させるのに必要なゲート電圧の変化量は61.3ミリボルトとなり、室温で従来型トランジスタが到達できる理論上の最小値である約60ミリボルトに近づいた。電流のオン・オフ比も1000万倍以上となり、小さな電圧変化で安定した制御ができることを確認した。

また、酸化タングステン絶縁膜の電気的性能を厚さに換算した等価酸化膜厚（EOT）は1ナノメートル未満となり、国際半導体ロードマップが示す超微細素子の主要な性能目標を達成したという。製作したインバーター回路は1ボルトの低電圧でも信号を反転でき、積層型集積回路への応用可能性も示した。

韓国科学技術情報通信省のキム・ソンス研究開発政策室長は「基礎科学研究が国家戦略技術である半導体分野の難題を解決し、新たな製造工程のあり方を示した革新的な事例だ。今後も基礎研究の成果が韓国産業の競争力向上につながるよう支援を強化する」と述べた。

(c)KOREA WAVE/AFPBB News