【半導体:01】🔬 Planar MOSFETとSCE

― 微細化が行き詰まった本当の理由

topics: [“半導体”, “MOSFET”, “SCE”, “デバイス物理”]

🧭 はじめに

MOSFET の微細化は、長い間「寸法を縮める」ことで性能向上を実現してきました。
しかし、ある世代以降から Short Channel Effect（SCE） が支配的になり、
単純なスケーリングが成立しなくなります。

本記事では、

を デバイス物理の視点から整理します。

⚡ Short Channel Effect の本質

代表的な SCE には以下があります。

重要なのは、これらが個別の現象ではなく、

「ゲート以外の電極がチャネル電位を支配し始める」

という 共通の物理起源を持つ点です。

📐 問題は「寸法」ではなく「電界」

ゲート長を短くしても、
チャネル内部のポテンシャルを十分に支配できなくなった時点で、
Planar MOSFET は構造的限界に到達しました。

具体的には、

という状況になります。

これは加工精度やプロセス技術の問題ではなく、

「電界をどの方向から、どれだけ包み込めるか」

という 構造の問題です。

🚫 なぜ Planar 構造では解決できなかったのか

Planar MOSFET では、ゲートはチャネルの 片面（上側） からしか制御できません。

そのため、

という 逆転現象が起きます。

これは、いくら以下を改善しても根本解決できません。

なぜなら、電界の作用方向そのものが不足しているからです。

📉 「SCE対策」＝スケーリング則の破綻

古典的なスケーリング則（Dennard scaling）は、

という前提に立っていました。

しかし SCE が顕在化した時点で、

という状態に陥ります。

つまり、

SCE の発生は、スケーリング則そのものの破綻を意味する

と言えます。

🔁 構造転換は「進化」ではなく「必然」

この問題を解決する唯一の方法は、

ゲートがチャネルを「多方向」から制御する構造に変えること

でした。

これが、

へと続く流れです。

重要なのは、これらが

だという点です。

📝 まとめ

📚 参考文献・関連リンク

📘 Edusemi-v4x｜先端ノード技術（FinFET・GAA・CFET）

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