Toshiba entwickelt Tunnel-Feldeffekttransistoren für MCU mit extrem niedrigem Stromverbrauch

Die Toshiba Corporation (TOKYO:6502) hat heute die Entwicklung von Tunnel-Feldeffekttransistoren (TFET) bekannt gegeben, die ein neuartiges Funktionsprinzip für MCU (Mikrocontroller-Einheit) mit extrem niedrigem Stromverbrauch anwenden. Dieses Prinzip kam für die Entwicklung von zwei unterschiedlichen TFET unter Nutzung eines CMOS-Plattform-kompatiblen Verfahrens zur Anwendung. Durch die Integration der einzelnen TFET in Schaltungsblöcke können erhebliche Verbrauchseinsparungen bei MCU erzielt werden.

Toshiba stellte die TFET am 9. und 10. September in drei Präsentationen auf der Solid State Devices and Materials 2014 (SSDM) im japanischen Tsukuba vor. Zwei Präsentationen gründeten auf einer Forschungskooperation mit dem Collaborative Research Team Green Nanoelectronics Center (GNC) am National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST).

Das schnelle Wachstum der Nachfrage nach drahtlosen und mobilen Geräten treibt die Nachfrage nach extrem niedrigem Stromverbrauch von LSI voran. In dieser Situation sind innovative Geräte zur Reduktion der Betriebsspannung und des Standby-Stromverbrauchs dringend erforderlich. Tunnel-Feldeffekttransistoren (TFET), die das neue Funktionsprinzip mit Quantum-Tunneleffekt nutzen, haben großes Interesse geweckt, um den niedrigen Stromverbrauch von LSI anstatt mit herkömmlichen MOSFET zu erreichen.

Vor Kurzem wurde die Einführung neuer Werkstoffe wie III-V-Verbundhalbleiter auf breiter Ebene für TFET untersucht, denn diese haben das Potenzial zum Erzielen hoher Leistung. Aufgrund der Schwierigkeiten mit speziellen Prozessanwendungen ist es jedoch nicht einfach, solche Werkstoffe in bestehenden CMOS-Plattformen einzusetzen.

Toshiba hat dieses Problem mit der Optimierung der TFET-Eigenschaften von wesentlichen Schaltblöcken mit dem gleichen CMOS-Prozess gelöst. Dieses Konzept macht die einfache Installation von TFET in bestehende Produktionslinien möglich. Toshiba hat zwei Typen von TFET auf Siliziumbasis entwickelt, einen für Logikschaltkreise mit extrem niedrigem Leckstrom und optimiertem ON-Strom, und den anderen für SRAM-Schaltungen mit extrem geringer Schwankung der Transistorkennlinien. Beide nutzen die vertikale Tunnelfunktion, um die Tunneleigenschaften zu verbessern. Zusätzlich dazu verwendet der Logik-TFET einen präzise gesteuerten Epitaxialwachstumsprozess zur Tunnelübergangsbildung mit kohlenstoff- und phosphordotiertem Silizium. Der heterogene Si/SiGe-Übergang wurde umfassend bewertet, um eine optimale Konfiguration zu erzielen. Daher erreicht die Einheit einen ON-Strom zwei Größenordnungen höher als ein Silizium-TFET, der den gleichen extrem niedrigen OFF-Strom bei N-TFET- und T-TFET-Typen beibehält. Für die TFET-Entwicklung vom Typ SRAM hat Toshiba eine neue TFET-Funktionsarchitektur vorgeschlagen, die keine Bildung eines strukturellen Tunnelübergangs erfordert. Diese Architektur beseitigt Prozessschwankungen und als Ergebnis daraus erheblich geringere Schwankungen der Transistorkennlinien.

Toshiba wird die Integration dieser TFET mit herkömmlichen MOSFET in einer MCU demonstrieren, wobei der Gesamtstromverbrauch um ein Zehntel oder mehr gesenkt wird, und das Unternehmen strebt die kommerzielle Produktion und Anwendung für 2017 an.

Über Toshiba

Die Toshiba Corporation, ein in Fortune 500 geführtes Unternehmen, bringt seine Weltklasse-Kapazitäten bei hochentwickelten elektronischen und elektrischen Produkten und Systemen in fünf strategische Geschäftsbereiche ein: Energie und Infrastruktur, Lösungen für das Gemeinwesen, Gesundheitssysteme und -dienstleistungen, elektronische Geräte und Komponenten sowie Lifestyle-Produkte und -Dienstleistungen. In Übereinstimmung mit den Grundprinzipien der Toshiba-Unternehmensgruppe bezüglich "Engagement für Menschen, Einsatz für die Zukunft" fördert Toshiba die weltweiten Aktivitäten zur Gewährleistung von "Wachstum durch Kreativität und Innovation" und trägt dazu bei, eine Welt zu schaffen, in der Menschen in jeder Gesellschaft in Sicherheit und Komfort leben können.

Toshiba wurde 1875 in Tokio gegründet und bildet heute den zentralen Knotenpunkt eines Netzwerks von 590 Konzernunternehmen, die weltweit über 200.000 Mitarbeiter beschäftigen, bei einem Jahresumsatz von über 6,5 Billionen Yen (63 Milliarden US-Dollar).
Weitere Informationen über Toshiba finden Sie unter www.toshiba.co.jp/index.htm

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