CMOS半導体集積回路技術は、現在の我々の生活を支える基盤技術となっています。今後さらなる発展を実現するために、従来の回路設計技術では実現することができなかった超低電力動作を実現する研究を行っています。これまでとは異なる応用分野、特にセンサネットデバイス向け集積回路技術革新、さらにヒトを意識したライフアシスト・ログアプリケーション開拓を目指して研究を推進しています。

　MOSトランジスタのサブスレッショルド特性（弱反転特性）は、ナノアンペアオーダーの微小電流領域で動作します。回路は、ナノアンペアオーダーの微小電流で動作するため、様々な信号処理を超低電力で実現することができます。図（A）に、最も基本的な要素回路技術である【ナノアンペア電流源回路】のLSIチップ写真を示します。研究代表者は、従来は困難であった微小なナノアンペアオーダーの電流をオンチップで生成する技術を開発しました。これを用いることで、オペアンプやコンパレータ（比較器）といった各種アナログ回路をナノアンペアオーダーの超低電力で動作させることができます。図（B）は、この測定結果を示しています。ナノアンペアオーダーの微小電流が生成できていることが確認できます。3種類の温度特性の異なる電流を生成しています。LSIは、様々な温度環境下での安定動作が求められるため、異なる温度特性の電流を用いて回路特性を制御・調整することができます。

（A）電流源回路のLSIチップ写真	（B）出力電流の特性（10サンプルの結果

（１）

MOSトランジスタの微小電流領域で動作する集積回路技術は、製造プロセスバラツキの影響を強く受けることがわかっています。これに対して、提案する集積回路技術は、バラツキに対して安定に動作するアーキテクチャを採用しています。特に、MOSトランジスタの特性を大きく左右する、しきい値電圧のばらつきの影響を回路アーキテクチャによって回避しています。

（２）

トランジスタでは電子とホールの異なるキャリアによって電流伝導が行われています。両者の移動度の温度特性の相違を利用することで、任意の温度係数を持つ電流を生成することができます。これにより、回路システムの温度特性の補正を実現することができます。

（３）

オペアンプやコンパレータといったアナログ要素回路のバイアス電流として利用することができます。

１）特開2010−231774，公開日2010年10月14日
２）特願2010-248553，出願日2010年11月5日

　超低電力集積回路技術は、未開拓の技術分野です。次世代アプリケーションとして期待されているセンサネットデバイス用途やライフログ・アシスト向け医療応用に適した長期連続動作を実現可能な基盤技術創生を目指して研究を推進しています。