あらゆるモノがインターネットでつながるIoT（Internet of Things）の普及に伴い、生活空間のあらゆる箇所に無数の自立電源で動作する無線センサノードが設置され、ネットワーク化されることが予想され、無線センサモジュールの超低消費電力化が重要な課題となっています。このような背景のもと、NEDOプロジェクト「エネルギー・環境新技術先導プログラム^※1／ULPセンサモジュールの研究開発」において、産業技術総合研究所などの9機関は共同で、超低消費電力センサモジュール技術構築に関する先導研究を2014～2015年度の間、実施してきました。

今般、その成果をもとに、産業技術総合研究所は0.2～0.3Vの低電圧での駆動による超低消費電力動作が期待できる新たな原理のトランジスタを用いたLSIの動作実証に成功しました。

本トランジスタを用いた超低消費電力LSIにより、環境発電下における橋梁などのインフラ診断のためのセンサノードや電池交換不要な生体情報モニタのためのウェアラブルセンサノードが実用化されることが期待されます。

開発した回路は、トンネル電界効果トランジスタ（トンネルFET）^※2を用いたもので、トンネルFETは、0.2～0.3Vの低電圧での駆動および高い動作周波数での使用が期待されているトンネル効果を利用したトランジスタですが、N型およびP型からなる相補型LSIの形成の困難さがボトルネックとなり、動的回路動作での実証は行われていませんでした。

今回、NEDOプロジェクト「エネルギー・環境新技術先導プログラム／ULPセンサモジュールの研究開発」での先導研究において抽出された課題の一つであるトンネルFETの動的回路動作の実証を、産業技術総合研究所が独自に実施し、リング発振回路^※3を用いて動的回路の動作確認に成功しました（図）。

これにより、トンネルFETを用いたLSIの性能向上を動作周波数で検証することが可能となり、実用化に向けた検討段階に入り、動作速度の改善と動作電圧の低下に向けた研究開発を行い、複雑な回路への応用や動作周波数の向上を目指します。

なお、この技術の詳細は、2016年12月5～7日（現地時間）にアメリカのサンフランシスコで開催される国際会議「2016 IEEE International Electron Devices Meeting」で発表を行う予定です。

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  図　今回製作したトンネルFETによるリング発振回路とその出力電圧特性

2016年6月、NEDOプロジェクト「IoT推進のための横断技術開発プロジェクト^※4／超低消費電力データ収集システムの研究開発」に採択され、新たな体制で研究開発を推進しています。超低消費電力LSIを用いたデータ収集システムを開発し、多種多様なアプリケーションへの展開を目指します。

※1 エネルギー・環境新技術先導プログラム

省エネルギー・新エネルギー・CO₂削減等のエネルギー・環境分野において、2030年以降の実用化を見据えた革新的な技術・システムの先導研究を産学連携の体制で実施しています。これにより、革新的な技術の原石を発掘し、将来の国家プロジェクト化への道筋をつけることを目指しています。（事業期間：2014年度～2018年度、2016年度予算：21.5億円）

※2 トンネル電界効果トランジスタ（トンネルFET）

トランジスタのスイッチングにトンネル効果を利用して、急峻なオン・オフの切り替えを実現し、低電圧の動作を目指した新しい原理のトランジスタ。

※3 リング発振回路

入力信号を反転させて出力する機能を持つ回路（反転機能回路）を、リング状に奇数個を多段接続した回路。反転機能回路の性能によって発振速度が変化するため、動作速度の評価に広く用いられています。反転機能回路としては、インバータ回路がよく用いられます。

※4 IoT推進のための横断技術開発プロジェクト

高度なIoT社会の実現のために不可欠となる次世代IoT基盤技術（大量なデータの収集・蓄積・解析・セキュリティ等）の研究開発を幅広く実施するとともに、個別技術を統合化し、システムとして最適に処理・制御を行うための技術開発等を実施します。（事業期間：2016年度～2020年度、2016年度予算：33.0億円）

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