平本 俊郎/HIRAMOTO Toshiro

平本 俊郎 教授

【研究分野】
ナノ物理・デバイス分野
【研究領域】
集積デバイス工学、超低消費電力デバイス
【研究室URL】
http://vlsi.iis.u-tokyo.ac.jp/index-j.html

研究内容

現代の高度情報化社会を根底で支えている大規模集積システムに対しデバイスサイドからの革新を目指す研究室です。駒場リサーチキャンパスにシリコンナノデバイスを実際に試作できるクリーンルームを擁し、この分野における世界でも代表的な研究室の一つです。カバーする研究分野は、ナノデバイスにおける単電子現象の物理から微細集積トランジスタの回路特性まで多岐にわたります。大学院生が世界的な国際会議等で大活躍しており、卒業生もそれぞれ内外の大学やエレクトロニクス企業で活躍中です。

研究目標

研究の最終目標は、将来の超低電力・超高速集積ナノデバイスの明確なビジョンを確立することです。シリコン大規模集積回路(VLSI)は、トランジスタの微細化により大いに発展してきました。今後は微細化に頼るアプローチに代わり、大きな技術パラダイムの変換が起こると予想されます。Fig.1は私が中心となって国際半導体技術ロードマップ(ITRS)委員会で作成した集積デバイスの将来動向図です。いわゆるBeyond CMOSと呼ばれる新原理デバイスやMore Than Mooreと呼ばれる新機能デバイスが、More Mooreと呼ばれるシリコンCMOS上に集積されて新しい価値を生み出し、集積デバイスはさらなる進化を遂げるでしょう。このような技術動向の中で、本研究室は小林正治准教授と共同で、将来の集積ナノデバイスのあり方を探っていきます。

集積ナノトランジスタ

極限まで微細化されたナノトランジスタの超高性能化、超低電力化、諸課題の解決に取り組みます。ナノワイヤトランジスタ等の三次元構造トランジスタの特性評価を行うとともに、最近では、0.1Vという極低電圧動作を目指した新トランジスタの設計・試作を精力的に行っています。一方、離散的な不純物分布による微細トランジスタの特性ばらつき問題では、国家プロジェクトを率い、世界的な成果を挙げてきました。

回路との協調

デバイス固有の特性を最大限に活かすためには、回路との協調が欠かせません。特にこのアプローチは特性ばらつきの克服に極めて有効で、最近では製造後に特性ばらつきを一括で抑制する手法を提案・実証し、注目を集めています。

ナノ物理

ナノ領域のデバイスでは、量子効果や単電子現象などの特殊な物理現象が起こります。これらの現象を理解し、積極的に利用することで、革新的な集積ナノデバイスが実現可能となります。平本研では電子1個の振る舞いを制御できる単電子トランジスタで先駆的な業績を挙げ、室温で世界最大のクーロンブロッケード振動を得ることに成功しています。また、ナノワイヤトランジスタにおける量子効果を利用した性能向上策などでも注目を集めています。

国際会議

集積デバイスの分野では、国際電子デバイス会議(IEDM)という学会が最も権威のある国際会議です。毎年、インテル、IBMをはじめ世界の半導体企業から最先端のデバイスが発表されます。日本の大学からの発表が少ない中、平本研では1998年に初めてIEDMで発表を行い、以来20件もの論文を発表しました。ほとんどが大学院生の研究成果を大学院生自身が発表したもので、多くの大学院生がこの国際会議で世界に飛躍しました。

学生へのメッセージ

集積デバイスは企業で最先端の研究が行われており非常に競争の激しい分野ですが、大学で良い研究を行うと世界的に非常に注目されるのでとてもやりがいのある研究分野です。皆さんにはぜひこの分野に入って世界の最前線で活躍して欲しいと思います。この分野は企業との結びつきが強いので、平本研の卒業生はほとんどがエレクトロニクス企業に就職します。最近では海外の企業に就職する大学院生も増えてきました。平本研卒業生のうち4名は企業で活躍した後、大学の先生になりました。私自身も博士課程修了後5 年間半導体企業の現場でデバイス開発に従事した後、大学に戻りました。大学院時代の活躍次第でさまざまな将来の展望が開けます。ぜひ大きな夢を持って研究に取り組んでください。

図1:集積デバイスの将来動向。さまざまなデバイスが集積され新しい価値を生む。
図2:三次元構造を有するナノワイヤトランジスタの模式図、顕微鏡写真、測定結果。
図3:トランジスタチャネル中の離散不純物の模式図、ポテンシャル分布、および4000個の微細MOSトランジスタの特性ばらつき実測結果。