[論文レビュー] Multiple State EFN Transistors

Gideon Segev, Iddo Amit+3 more|arXiv (Cornell University)|Feb 25, 2015

Advancements in Semiconductor Devices and Circuit Design参考文献 11被引用数 10

ひとこと要約

本論文では、多ゲート構造におけるチューナブルな電界効果ナノワイヤを活用し、非対称サイドゲートバイアスによって導電チャネルの横位置をプログラマブルに制御可能な、マルチステートEFNトランジスタ（MSET）を提案する。この空間的制御を活用することで、1つのトランジスタ内で完全なマルチプレクサ機能を実装し、バイナリおよびマルチ値論理演算を可能にし、コンactな再構成可能論理回路の実現が期待される。

ABSTRACT

Electrostatically Formed Nanowire (EFN) based transistors have been suggested in the past as gas sensing devices. These transistors are multiple gate transistors in which the source to drain conduction path is determined by the bias applied to the back gate, and two junction gates. If a specific bias is applied to the side gates, the conduction band electrons between them are confined to a well-defined area forming a narrow channel- the Electrostatically Formed Nanowire. Recent work has shown that by applying non-symmetric bias on the side gates, the lateral position of the EFN can be controlled. We propose a novel Multiple State EFN Transistor (MSET) that utilizes this degree of freedom for the implementation of complete multiplexer functionality in a single transistor like device. The multiplexer functionality allows a very simple implementation of binary and multiple valued logic functions.

研究の動機と目的

• 論理計算のためのマルチプレクサ機能を実装可能な1トランジスタデバイスの開発を目的とする。
• 非対称サイドゲートバイアスによる電界効果で形成されるナノワイヤ（EFN）の横位置制御を活用することを目的とする。
• 1つのデバイス内に複数の安定した導電状態を有する特性を活用し、マルチ値論理演算を可能とすることを目的とする。
• 複数のトランジスタを1つの再構成可能MSETデバイスに置き換えることで、回路の複雑さを低減することを目的とする。
• 従来のバイナリ論理をはるかに超えるスケーラブルで再構成可能な論理アーキテクチャの実現可能性を示すこと。

提案手法

• バックゲートおよび2つの横方向接合ゲートを備えた多ゲート構造を用い、ナノワイヤチャネルを閉じ込める。
• サイドゲートに非対称バイアスを印加することで、シリコン基板内での電界効果で形成されたナノワイヤ（EFN）の位置を横方向にシフトさせる。
• EFNの横位置を調整することで導電パスを制御し、複数の明確に区別できる導電状態を実現する。
• EFNの空間的チューナビリティを活用し、異なるゲート設定が異なる出力パスに電流をルーティングするマルチプレクサの選択性を再現する。
• 異なる入力組み合わせに対応する複数の安定した状態を有するようにデバイスを設計し、マルチ値論理演算を可能とする。
• ゲート電圧を再構成することで、同じ物理的デバイスが異なる論理機能を果たせることを示し、1つのトランジスタ内でマルチプレクサを模倣する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非対称サイドゲートバイアスを用いることで、電界効果で形成されたナノワイヤの横位置を正確に制御できるか？
• RQ2 このような位置制御を用いて、1つのトランジスタ内でマルチプレクサに類似した機能を実現できるか？
• RQ3 1つのEFNデバイス内で、いくつまで安定した導電状態を達成し、維持できるか？
• RQ4 提案されたMSETアーキテクチャは、再構成可能なバイナリおよびマルチ値論理演算をサポートできるか？
• RQ5 従来の複数トランジスタ論理実装と比較して、MSETの複雑さとスケーラビリティはどの程度か？

主な発見

• サイドゲートの非対称バイアスにより、電界効果で形成されたナノワイヤの横位置を正確に制御できる。
• ゲート電圧を調整することで複数の安定した導電状態を実現でき、デバイスがマルチプレクサとして機能することが可能である。
• MSETは1つの物理的デバイス内でバイナリおよび複数値論理関数を実装できる。
• デバイス構造のおかげで、追加のトランジスタを必要とせずに再構成可能な論理演算が可能となり、回路の複雑さが低減する。
• 提案されたMSETは、ナノスケールの電界制御を用いたコンパクトでスケーラブルかつ再構成可能な論理回路への道筋を示している。
• 理論的解析により、入力ゲート設定に応じて複数の明確に区別できる出力状態をデバイスがサポートできることを確認し、マルチプレクサ機能の妥当性が裏付けられた。