超高密度多値メモリ集積回路の実現に関する基礎的研究

高々数個の電子を情報媒体とする極微細な「多値メモリ素子」を独自の設計思想で世界で初めて実現し、多値論理の情報処理システムに使用できる高速・高密度・低消費電力のメモリLSIに応用するための基礎的研究を行った。その結果、次のことがわかった。1)単電子トランジスタのトンネル接合を、方向性単電子トンネル接合におきかえると、多値メモリを構成できることをモンテカルロシミュレーションにより確認した。2)方向性単電子トンネル接合は、金属と誘電率の大きく異なる2種の絶縁体の組み合わせによって実現可能であることを理論的計算により予測した。3)実際の多値メモリデバイス構造は、TiあるいはTaの金属超薄膜をSTM/AFMにより微細加工することによって作製可能であることを実験により確認した。4)多値メモリセルは200MHzでの駆動が可能であり、また200nsecのデータ保持が可能であることが予測された。このとき、消費電力は1bit当り1pW程度になり、1Tbitの集積度でも1Wの消費電力で済むことになる。5)単電子の有無を電圧の情報に変換する入出力回路や、多値論理サブシステムの単電子回路による構成も可能であることをモンテカルロシミュレーションにより確認した。

高々数個の電子を情報媒体とする極微細な「多値メモリ素子」を独自の設計思想で世界で初めて実現し、多値論理の情報処理システムに使用できる高速・高密度・低消費電力のメモリLSIに応用するための基礎的研究を行った。その結果、次のことがわかった。1)単電子トランジスタのトンネル接合を、方向性単電子トンネル接合におきかえると、多値メモリを構成できることをモンテカルロシミュレーションにより確認した。2)方向性単電子トンネル接合は、金属と誘電率の大きく異なる2種の絶縁体の組み合わせによって実現可能であることを理論的計算により予測した。3)実際の多値メモリデバイス構造は、TiあるいはTaの金属超薄膜をSTM/AFMにより微細加工することによって作製可能であることを実験により確認した。4)多値メモリセルは200MHzでの駆動が可能であり、また200nsecのデータ保持が可能であることが予測された。このとき、消費電力は1bit当り1pW程度になり、1Tbitの集積度でも1Wの消費電力で済むことになる。5)単電子の有無を電圧の情報に変換する入出力回路や、多値論理サブシステムの単電子回路による構成も可能であることをモンテカルロシミュレーションにより確認した。