リーク電流と微細化の関係

基礎知識(その他の分野)

前回の宿題の回答編


リーク電流(leakage current)

(参考:Wikipedia)

定義のようなもの

  • 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
  • 電気回路の意図しない電流の漏れ出しがリーク電流であり、当該電気回路へ漏れ出す漏電とは異なる

電子回路と電気回路

(説明1)

  • 電子回路:受動素子と能動素子を使って構成される回路
  • 電気回路:受動素子のみを使って構成される回路

(説明2)

  • 電子回路:電気を情報量を運ぶ信号と見なし、その信号に各種処理を行うインテリジェントな機能を果たす回路
  • 電気回路:電気を熱エネルギーや機械的エネルギーのように『エネルギー』として利用するための機能を果たす回路

原因

トンネル効果が、厚みの無い絶縁体上ではたらくことによって生じる。たとえば、原子数個~数十個の厚みの場合、自由電子の広がりが絶縁を超えて外部の別の電気伝導性物質まで到達し、絶縁体越しに両者間に電気が流れる。

したがって、リーク電流の大きさは集積回路の微細化が進み、伝導体動詞の間隔が小さくなるにつれて、指数関数的に増加する。

原子1個の大きさは、約0.1 nmなので、絶縁膜の厚みがSi原子10個分だとすれば、つまり約1 nmになる

微細化(プロセスルール< 100 nm)で、半導体回路で消費される電力の半分がリーク電流になるので、低消費電力技術では、リーク電流対策が重要である。

メモ

以前、動作原理を確認したフラッシュメモリは、トンネル効果を上手く応用した技術だった。

過去記事:ストレージのメモ(SSDの性能変化とフラッシュメモリの特性)