MOSFETと集積回路

ショートカット: 違い、類似点、ジャカード類似性係数、参考文献。

MOSFETと集積回路の違い

MOSFET vs. 集積回路

MOSFET（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）は、電界効果トランジスタ (FET) の一種で、LSIの中では最も一般的に使用されている構造である。材質としては、シリコンを使用するものが一般である。「モス・エフイーティー」と呼ばれたり、「MOS-FET」と記述されることもあり、IGFETやMISFETがMOSFETとほぼ同義で用いられることがある。ユリウス・エドガー・リリエンフェルトが考案した。. SOPパッケージに封入された標準ロジックICの例 集積回路（しゅうせきかいろ、integrated circuit, IC）は、主としてシリコン単結晶などによる「半導体チップ」の表面および内部に、不純物の拡散による半導体トランジスタとして動作する構造や、アルミ蒸着とエッチングによる配線などで、複雑な機能を果たす電子回路の多数の素子が作り込まれている電子部品である。多くの場合、複数の端子を持つ比較的小型のパッケージに封入され、内部で端子からチップに配線されモールドされた状態で、部品・製品となっている。.

リーク電流

リーク電流（リークでんりゅう、leakage current）とは、電子回路上で、絶縁されていて本来流れないはずの場所・経路で漏れ出す電流のことである。 当該電気回路内に限る意図しない電流の漏れ出しがリーク電流であり、当該電気回路外へ漏れ出す漏電とは区別される。集積回路などの微細化された半導体の回路内での漏れ出しを指すことが多い。.

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ヒ化ガリウム

ヒ化ガリウム（ヒかガリウム、gallium arsenide）はガリウムのヒ化物であり、組成式はGaAsである。化合物半導体であるため、その性質を利用して半導体素子の材料として多用されている。半導体分野ではガリウムヒ素（ガリウム砒素）という、さらにはそれを短縮したガリヒ素という呼称で呼ばれることも多い。.

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インテル

インテル（英:Intel Corporation）は、アメリカ合衆国カリフォルニア州に本社を置く半導体素子メーカーである。 社名の由来はIntegrated Electronics（集積されたエレクトロニクス）の意味である。.

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イオン注入

イオン注入（イオンちゅうにゅう、）は、物質のイオンを固体に注入する加工方法である。イオン注入は固体の特性を変化させる点で材料工学に属し、工業的には半導体の生産に使用され、金属の表面処理など様々な材料科学の研究などが行われている。イオン注入は、対象の物質と別の元素を注入することにより、物質に化学的変化を与えると同時に、物質の破損または破壊など、構造的な変化も与える。 一般的なイオン注入装置は、目的とする元素のイオンを発生させるイオン源、必要なイオンだけを取り出す質量分析器、イオンを電気的に加速する加速器、対象物であるターゲットを高真空状態とするチャンバーから成る。イオンは単一の元素が使われる。このため、ドーズ量と呼ばれる注入された物質の総量は、イオン電流の時間積分で与えられる。イオン注入によって与えられる電流は、μAで表されるほど小さい。 一般的なイオンの加速エネルギーは10-500keV（1,600-80,000aJ）の範囲で使用される。1-10keVの範囲でも使用することは可能だが、イオンが表面近くの数nm程度のところで停止するため実用的ではない。さらに対象物の損傷を小さくする場合は、イオンビーム成長が用いられる。また、通常の加速器ではさらに高い5MeV程度の加速エネルギーまで印加可能であるが、対象の損傷が大きく、また、深さ方向の分布も広がるため、実効的な変化量は小さくなる。 打ち込まれたイオンはイオンと対象物の種別の他に、加速器で与えられる運動エネルギーと対象物質と衝突散乱による運動量の喪失によってその飛程、つまり浸透して停止する深さが決まり、そのバラツキはほぼガウス分布に従う。イオンは対象物の原子との衝突、および電子軌道のオーバーラップによる効力などにより次第にエネルギーを失っていく。多くの場合、注入深さは10nmから1μm程度である。対象物の結晶原子の配列方向が打ち込み方向と同一の場合には、原子の間をトンネルのようにすり抜けるものが出るため、深さの制御が難しくなる。これを避けるため結晶方向からは少し傾けて打ち込まれる。イオン注入は対象物の表面付近で化学変化・構造変化が求められる場合に特に有効である。.

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ケイ素

イ素（ケイそ、珪素、硅素、silicon、silicium）は、原子番号 14 の元素である。元素記号は Si。原子量は 28.1。「珪素」「硅素」「シリコン」とも表記・呼称される。地球の主要な構成元素のひとつ。半導体部品は非常に重要な用途である。 地殻中に大量に存在するため鉱物の構成要素として重要であり、ケイ酸塩鉱物として大きなグループを形成している。これには Si-O-Si 結合の多様性を反映したさまざまな鉱物が含まれている。しかしながら生物とのかかわりは薄く、知られているのは、放散虫・珪藻・シダ植物・イネ科植物などにおいて二酸化ケイ素のかたちでの骨格への利用に留まる。栄養素としての必要性はあまりわかっていない。炭素とケイ素との化学的な類似から、SF などではケイ素を主要な構成物質とするケイ素生物が想定されることがある。 バンドギャップが常温付近で利用するために適当な大きさであること、ホウ素やリンなどの不純物を微量添加させることにより、p型半導体、n型半導体のいずれにもなることなどから、電子工学上重要な元素である。半導体部品として利用するためには高純度である必要があり、このため精製技術が盛んに研究されてきた。現在、ケイ素は99.9999999999999 % (15N) まで純度を高められる。また、Si(111) 基板はAFMやSTMの標準試料としてよく用いられる。.

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システムLSI

テムLSI (system LSI) とは、一般的にマイクロコントローラを含んで組み込みシステム製品の主要な電子回路を1チップ程度に集積した半導体素子であり、SoCによる具体的な部品という性格もあるシステムLSIでは主要な機能を1つ程度に詰め込んでいるが、SoCでは概念としてすべてを1つに詰め込んでいる。。狭義にはカスタムLSIだけを指すが、広義にはカスタムLSIに汎用のCPUやDSPを加えたLSIを含める。 特に民生分野の大量生産品で、情報家電などの複雑なシステムにおいて、LSIの小型化、高性能化およびコスト削減のためにシステムLSIを開発して使用している。デジタル回路を中心に構成されており、入出力部にアナログ回路を持つものも多い。なお、以下の説明内では、電子回路技術としては純然たるアナログ領域で動作しているクロック回路やインターフェース回路も組込側での分類を優先してデジタル回路の説明として扱っており、アナログ回路は組込側でビデオ信号や音声信号のようなアナログ信号を扱う回路のみに限定している。.

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CMOS

CMOS（シーモス、Complementary MOS; 相補型MOS）とは、P型とN型のMOSFETをディジタル回路（論理回路）の論理ゲート等で相補的に利用する回路方式（論理方式）、およびそのような電子回路やICのことである。また、そこから派生し多義的に多くの用例が観られる（『#その他の用例』参照）。.

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SOI

従来のMOSFETの構造 SOIを用いたMOSFETの構造 SOI (Silicon on Insulator) は、CMOS LSIの高速性・低消費電力化を向上させる技術である。 従来の集積回路上のMOSFETは、素子間分離をPN接合の逆バイアスによって形成するが、寄生ダイオードやサブストレートとの間に浮遊容量が生じ、信号の遅延やサブストレートへのリーク電流が発生していた。この浮遊容量を低減するため、MOSFETのチャネルの下に絶縁膜を形成し、浮遊容量を減らしたものがSOIである。また、このような絶縁膜を内包したウエハをSOIウエハと呼び、従来のウエハはSOIウエハと区別するためにバルクシリコン（バルクウエハ）と呼ばれる場合がある。 浮遊容量はCMOSのMOSFETに対して、スイッチング時の遅延/電流を増加させる要因であるため、浮遊容量の低減は高速度化/低消費電力化の両方の面で有利になる。 また2次元的な素子間分離にもpn接合の逆方向バイアスによるものではなく、素子下の絶縁膜と結合させた絶縁材を形成することで、完全に分離されたMOSFETを構成できるようにしている。この場合、寄生ダイオードによって意図せず生成されるバイポーラトランジスタを抑制することができ、素子間の浮遊容量/リーク電流を低減することができる。 また素子間分離のためのウェルも小さくできるため、PMOS-NMOS間の距離を小さくでき、配置密度を高めることができる。 SOIウエハの製造法は、SIMOX(Separation by IMplantation of OXygen)方式と張り合わせ方式の2種類がある。SIMOX方式はIBMが中心となって開発した技術で、酸素分子をイオン注入によりシリコン結晶表面から埋め込み、それを高熱で酸化させることでシリコン結晶中に酸化シリコンの絶縁膜を形成する。現在ではSIMOX方式よりさらに表面特性の優れたSmartCut方式が主流になっている。これは、バルクウエハの表面に酸化膜を形成したのちもう一枚の加工されていないバルクウエハと表面同士で貼り合わせ、先のウエハを剥離して作成するものである。剥離厚は酸化膜より深部に事前に注入された水素イオンの表面からの距離によって制御され、剥離面は化学機械研磨(CMP)により表面仕上げされる。 SOIウエハの製造コストは、バルクシリコンのウエハに比べ工程が増えるためその分高価になる。.

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汎用ロジックIC

汎用ロジックIC（はんようロジックアイシー）とは、様々な論理回路に共通して必要とされる個々の機能を1つの小型パッケージにまとめた小規模な集積回路である。 ANDゲート、ORゲート、NOTゲート、NANDゲート、NORゲート、ExORゲートといったゲート回路や、フリップフロップ、カウンタ、レジスタ、シフトレジスタ、ラッチ、エンコーダ/デコーダ、マルチプレクサ/デマルチプレクサ、加算器、コンパレータといった簡単な論理機能ブロックなどのデジタル回路が主体であるが、そういった論理回路だけでなく、バッファやインバータといった論理というよりは駆動電流を増強するアンプの役割をする回路も含まれている。 また、場合によっては、電気的なスイッチであるアナログスイッチや、アナログマルチプレクサ、発振器あるいは位相同期回路（PLL）など、ほとんどロジック（論理）と呼べないアナログ回路に属するものも含める場合もある。.

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