韓国のp型ペロブスカイトトランジスタが大きな進展を遂げ、AI計算DRAMへの応用が期待される。

韓国の研究チームが半導体分野で画期的な成果を上げ、性能と安定性が大幅に向上したp型ペロブスカイトトランジスタの開発に成功した。これにより、高性能・低消費電力チップの開発を長年阻んできた核心的な課題の解決が期待され、AI計算用の垂直積層DRAMなど次世代記憶デバイスに新たな道を開く可能性がある。

韓国・先駆紙（ヘラルド）が木曜日に報じたところによると、浦項工科大学（POSTECH）のNoh Yong-young教授の研究チームは、開発したセシウム-スズ-ヨウ素（CsSnI₃）薄膜を用いたp型ペロブスカイトトランジスタが、正孔移動度50 cm²/V·s超、電流オンオフ比1億（10⁸）超を達成し、世界最高水準のp型ペロブスカイトトランジスタとなったと発表した。関連研究成果は国際的なトップ学術誌『ネイチャー』に掲載された。

この研究の核心的なブレークスルーは、スズ系ペロブスカイト半導体が長年抱えてきた空気中での安定性問題を解決した点にある。新開発のデバイスは空気中で4時間以上安定して動作し、100℃の加速劣化条件下でも初期性能を1ヶ月以上維持できる。これに対し、従来の同種デバイスは空気中で数分以内に性能が低下していた。

研究チームは、この成果がp型ペロブスカイト薄膜トランジスタの集積回路における実用化を加速し、AI計算用垂直積層DRAM、次世代ディスプレイ駆動回路、ウェアラブルデバイスなどの分野で重要な意味を持つと述べている。

p型トランジスタ：半導体分野における「10大未来課題」の一つ

トランジスタはチップの基本構成単位であり、電子を伝導するn型と正孔（電子が離れた後の空孔）を伝導するp型の2種類に分けられる。高性能・低消費電力の半導体を実現するには、両タイプのトランジスタの性能バランスが重要である。しかし、p型トランジスタの性能向上は従来極めて困難であり、韓国科学技術情報通信部によって「半導体分野の10大未来課題」の一つに指定されている。

スズ系ペロブスカイト材料は、正孔の伝導がスムーズで性能が既存の酸化物半導体に匹敵することから、長年この課題解決の候補と見なされてきた。しかし、最大の欠点は空気に非常に敏感であることで、材料表面に残存する未反応スズイオン（Sn²⁺）が空気と接触すると急速に酸化し、電荷の流れを阻害する多数の欠陥が生じ、半導体性能が急激に低下する。

「揮発性表面再構成」戦略で安定性のボトルネックを打破

Noh Yong-youngチームは「揮発性表面再構成」と名付けた解決策を提案した。

研究者らはCsSnI₃半導体表面に酢酸カリウム（KAc）を処理した結果、性能劣化の原因となる未反応スズイオンが揮発性化合物である酢酸スズ（Sn(Ac)₂）に変換され、自然に空気中へ揮発した。スズイオンが除去された後、ヨウ化カリウム（KI）がその場で自然生成され、外部環境から半導体を保護する「自己防御層」が形成された。

このプロセスにより、デバイスのしきい値電圧が大幅に低下し、正孔移動度は50 cm²/V·s超、電流オンオフ比は10⁸以上に達した。安定性に関しては、新デバイスは空気中で4時間以上継続して動作し、100℃の加速劣化条件下でも初期性能を1ヶ月以上維持しており、従来の同種デバイスと比較して安定性が飛躍的に向上した。

応用展望：AI記憶、ディスプレイ駆動、ウェアラブルデバイス

Noh Yong-young教授は、p型ペロブスカイト薄膜トランジスタに関する研究成果が『ネイチャー』に掲載されるのは世界初であり、サムスンディスプレイと韓国科学技術情報通信部による6年間の継続的な支援に支えられたものだと述べている。

**同教授は、今回の研究によりスズ系ペロブスカイト半導体が長年抱えてきた低安定性の問題が解決され、p型ペロブスカイト薄膜トランジスタの長期安定性の確立と集積回路への応用が促進されると指摘している。**応用面では、本技術はAI計算用垂直積層DRAM記憶デバイス、次世代ディスプレイ駆動回路、ウェアラブルデバイス、高集積半導体デバイスなど、将来のエレクトロニクス産業の核心技術の重要な基盤となることが期待される。

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