High-kメタルゲートとは　インテルが2007年に45nmで導入、ゲートの漏れ電流を10分の1未満に

High-kメタルゲート（HKMG）は、トランジスタのスイッチの役目をするゲートの部分の材料を替えた技術です。ゲートの下の薄い絶縁膜を、二酸化ケイ素から誘電率（k）の高い材料に替えました。あわせて、ゲートの電極を、ポリシリコン（多結晶のシリコン）から金属に替えています。

薄くできない膜の代わりに

トランジスタを小さくするには、ゲートの絶縁膜を薄くして、ゲートの働きを強める必要がありました。インテルによると、それまでの二酸化ケイ素の膜は1.2nmまで薄くなっていました。ここまで薄いと、絶縁膜を電流がすり抜けて漏れてしまいます。

誘電率の高い材料を使うと、膜を厚くしてもゲートの働きを保てます。厚い膜は電流を通しにくいため、漏れが減ります。インテルが選んだのはハフニウムを使った材料でした。ただ、この材料は従来のポリシリコンの電極と相性が悪かったため、電極も新しい金属の組み合わせに替えました。金属の種類は明らかにしていません。

インテルが示した45nmのHKMGの効果（2007年1月の発表）

項目	会社の説明
駆動電流	20%超の増加
ソースとドレインの間の漏れ	5分の1未満に
ゲートの絶縁膜の漏れ	10分の1未満に
切り替えの電力	約30%減
トランジスタの密度	前の世代の約2倍

2007年に量産、その後の世代へ

インテルは2007年1月27日に技術を発表し、同年後半に45nmの生産を始める計画を示しました。共同創業者のゴードン・ムーア氏は、1960年代後半にポリシリコンのゲートのMOSトランジスタが登場して以来、最大のトランジスタの技術の変化だと述べています。

同年11月11日には、HKMGを使った45nmのサーバー向けと高性能パソコン向けのプロセッサー16品を発売しました。4つのコアの品は最大8億2,000万個のトランジスタを積んでいます。

2011年に発表した22nmの3次元のトライゲート（FinFET）では、トランジスタの形そのものを変えました。トランジスタは、材料を替えるHKMGと、形を変えるFinFETやGAAを積み重ねて小さくなってきました。

関連する用語

• 誘電率（k）：電気をためる性質の強さ。高いほど薄い膜と同じ働きを厚い膜でできます。
• FinFET：チャネルを立てて3面をゲートで囲むトランジスタ。
• GAA：チャネルの全周をゲートで囲むトランジスタ。