ナノシートFET(Nanosheet FET)は、3nmノード以降の半導体プロセスにおいて、長年主流だったFinFETに代わって導入された次世代のトランジスタ構造です。
RFエンジニアの視点で見れば、これは「ゲートによるチャネルの制御力(コントロール性)を極限まで高め、寄生成分やリーク電流を抑え込むための究極の3D構造」と言えます。
1. FinFETからナノシートFETへの進化
従来のFinFET(魚の背びれのような構造)では、ゲートがチャネルの3面を囲んでいました。しかし、さらに微細化が進むと、3面だけではゲートの電界による制御が不十分になり、リーク電流(短チャネル効果)を抑えきれなくなりました。
ナノシートFETは、チャネルを薄いシート状にして積み重ね、その周囲をゲート金属で完全に包み込むGAA(Gate-All-Around)構造を採用しています。
| 特徴 | FinFET | ナノシートFET (GAA) |
| ゲート構造 | 3面を囲む | 4面(全周)を囲む |
| チャネル形状 | 垂直な「フィン」 | 水平に積層された「シート」 |
| 設計の自由度 | フィンの数は整数値のみ | シートの幅(W)を連続的に調整可能 |
| リーク電流 | 5nm以下で増大 | 極めて低い(制御性が高い) |
2. ナノシートFETの主なメリット
圧倒的なドライブ電流と制御性
ゲートがチャネルを完全に包囲しているため、オン/オフの切り替えが非常に高速で、オフ時のリーク電流を劇的に低減できます。これにより、低電圧動作時でも高いパフォーマンスを維持できます(高NA EUVによる微細化と相まって、電力効率が大幅に向上します)。
デザイン・可変性(Design Flexibility)
FinFETでは「フィン1本、2本……」という離散的なサイズ調整しかできませんでしたが、ナノシートでは「シートの幅」を設計者が自由に変えることができます。
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幅の広いシート: 大電流が必要なパワーパスや高速スイッチング用。
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幅の狭いシート: 低消費電力が求められるロジックや高密度なSRAM用。
これを設計段階で最適化するのが、前述のDTCOの重要な要素です。
3. 製造上の課題と高NA EUVの関わり
ナノシートFETの製造は、極めて難易度が高い「ナノレベルの積層工作」です。
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エピタキシャル成長と選択エッチング: シリコン(Si)とシリコンゲルマニウム(SiGe)を交互に積層し、後にSiGe層だけを精密に溶かしだして、浮いた「シート」の隙間にゲート絶縁膜と金属を流し込みます。
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高NA EUVの役割: シートを保持する支柱(インナースペーサー)や、極狭ピッチの配線を形成するために、高NA EUVによる超高解像度な露光が不可欠です。
4. 2026年現在のロードマップ
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TSMC: 2nm(N2)世代からナノシートを採用。高性能コンピューティング(HPC)やiPhone向けの量産が本格化しています。
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Samsung: 3nm(3GAA)から他社に先駆けて導入。現在は歩留まり向上と第2世代への移行に注力しています。
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Intel: 「Intel 20A」および「18A」から、ナノシート構造を独自にRibbonFETと呼称して導入。同時に裏面電源供給(PowerVia)を組み合わせることで差別化を図っています。
エンジニア向け補足:寄生容量の戦い
チャネルをゲートで包み込む構造は、DC特性(リーク抑制)には有利ですが、高周波特性の観点では「ゲート・ドレイン間の寄生容量(Cgd)」が増大しやすいという側面も持っています。
そのため、現在の先端プロセス開発では、ゲート周辺の絶縁材料(Low-k材)の改良や、前述の裏面電源供給(BSPDN)を用いた配線抵抗(R)の低減など、RC遅延をいかに抑えるかが、RFSoCや高速通信チップの性能を決定づける戦場となっています。
次にこの技術の延長線上にある、より微細な「フォークシート(Forksheet)」や「CFET(相補型FET)」といった将来構造についても触れますか?
出典:Google Gemini (Gemini は AI であり、間違えることがあります。)
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