プレーナ型MOSFETとFinFETの違い：業界が切り替えた理由

正解：C. ゲート長を短くするとしきい値電圧が低下し、オフ時のリーク電流が増える

ゲート長が短くなると、ソースとドレインの空乏層が相対的に大きくなり、チャネルの電荷の一部をゲートではなくソース・ドレインが支配するようになります。その結果、しきい値電圧の低下(ロールオフ)、ドレイン電圧によるしきい値の低下(DIBL)、サブスレッショルド係数の悪化、オフ時のリーク電流の増加などが起こります。製造ばらつきでゲート長が少し変わるだけで特性が大きく変わる点も問題です。

正解：C. ドレイン電圧が高いほどソース側の電位障壁が下がり、しきい値電圧が低下する現象

ゲート長が短いと、ドレインの電界がソース近くまで届き、ソースとチャネルの間の電位障壁を下げてしまいます。その結果、ドレイン電圧が高いほどしきい値電圧が下がり、オフ時のリーク電流が増えます。DIBLは「ドレイン電圧1 Vあたりのしきい値の変化(mV/V)」で表し、先端のトランジスタでは数十mV/V以下に抑えます。増幅回路では出力抵抗を下げる原因にもなります。

正解：C. ゲート長より細くする

フィンが細いほど、両側のゲートの電界がフィンの中心までよく届き、ゲートから遠い部分を通るリークを抑えられます。目安としてフィンの幅はゲート長の半分〜同程度以下にする必要があり、先端世代では5〜7 nm程度まで細くなっています。ただし細くしすぎると、量子閉じ込めによるしきい値の変動や、表面の散乱による移動度の低下、加工のばらつきが問題になります。