主要成果
東京大学のVincent Tung氏らの研究チームは、これまで高性能なものが欠けていたp型2次元半導体の分野において、ホウ素炭素窒化物（BCN）のウェハーサイズでのエピタキシャル成長に世界で初めて成功しました。この画期的な成果により、開発されたBCNベースのトランジスタは、10⁸という驚異的なオン/オフ比、0.9 mA/µmを超える高オン電流、そして実用的な-0.45 Vの閾値電圧を達成し、既存のp型2次元半導体の性能を大幅に上回ることを示しました。
技術・臨床詳細
2次元材料は、極めて薄く、優れた電子特性を持つことから、次世代のエレクトロニクスにおいて重要な役割を担うと期待されています。しかし、特に高性能なp型半導体の開発は、n型半導体と比較して困難であり、2Dチップの集積化におけるボトルネックとなっていました。本研究では、高度な化学気相成長（CVD）法を最適化し、直径数インチに及ぶウェハー上でBCNを均一かつ結晶性高く成長させることに成功しました。BCNはグラフェンに似た構造を持ちながら、ホウ素と窒素の導入によりバンドギャップを形成し、p型ドーピング特性を付与することができます。この高いキャリア移動度と優れたゲート制御能力が、今回のトランジスタ性能向上に寄与しています。
背景・業界文脈
データセンターやAIチップの消費電力は増大の一途をたどっており、これを劇的に削減する技術が強く求められています。現在のシリコンベースの半導体は物理的限界に近づいており、2次元材料は、その原子レベルの薄さから、より高密度で低消費電力のチップを実現する可能性を秘めています。特に、バランスの取れたn型およびp型2次元半導体が揃うことで、CMOS（相補型金属酸化膜半導体）のような効率的な論理回路を構築できるようになり、2Dエレクトロニクスの実用化が加速します。
今後の展望
このウェハーサイズBCN p型半導体の開発は、次世代の超低消費電力・高性能な2Dエレクトロニクスチップ、特にAIチップの実現に向けた重要なマイルストーンとなります。高いオン/オフ比とオン電流は、データセンターにおけるエネルギー効率の大幅な改善や、エッジAIデバイスのバッテリー寿命延長に直結します。東京大学の研究は、グラフェンや二硫化モリブデン（MoS₂）といった他の2D材料と組み合わせることで、完全に2次元材料で構成された高機能LSIの設計と製造を加速させ、情報通信技術の未来を再定義する可能性を秘めています。
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