在微电子技术的一个潜在转折点上，东京的科学家们研制出了一种强大的新型晶体管，它不再使用硅，而采用一种名为掺镓氧化铟的晶体材料。这款微型器件采用全栅极设计（晶体管的控制栅极完全环绕电流通道），实现了卓越的电子迁移率和长期稳定性。结果是这款突破性的晶体管可以显著提升人工智能和大数据应用的性能，并有望在后硅时代延续摩尔定律。
晶体管常被称为20世纪最伟大的发明之一。它们对现代电子技术至关重要，就像微型开关一样控制和放大电信号。但随着我们的设备越来越小、速度越来越快，传统的硅基晶体管正难以跟上时代的步伐。我们是否已经接近电子产品体积和功率的极限？
东京大学生产技术研究所的一组研究人员相信，还有一条更好的发展道路。他们不再依赖硅，而是利用一种名为掺镓氧化铟（InGaOx）的材料，构建了一种新型晶体管。这种特殊材料可以形成高度有序的晶体结构，帮助电子更高效地移动——这对于性能至关重要。
“我们还希望我们的晶体氧化物晶体管能够采用‘环绕栅极’结构，即控制电流开启或关闭的栅极环绕着电流流动的通道，”该研究的主要作者陈安澜解释道。“通过将栅极完全环绕通道，与传统栅极相比，我们可以提高效率和可扩展性。”
东京大学生产技术研究所的研究人员利用创新材料和设计，研制出高性能、高可靠性的微型晶体管。图片来源：东京大学生产技术研究所
怀揣着这些目标，团队开始了工作。研究人员知道，他们需要通过“掺杂”镓来向氧化铟中引入杂质。这将使这种材料与电的反应更加有利。
“氧化铟含有氧空位缺陷，这会导致载流子散射，从而降低器件稳定性，”资深作者小林正治说道。“我们在氧化铟中掺杂镓，以抑制氧空位，从而提高晶体管的可靠性。”
该团队采用原子层沉积技术，将一层InGaOx薄膜逐层涂覆在环栅晶体管的沟道区域。沉积后，将薄膜加热，使其转变为电子迁移所需的晶体结构。这一工艺最终制造出环栅“基于金属氧化物的场效应晶体管”（MOSFET）。
陈博士解释说： “我们的全栅MOSFET包含掺镓氧化铟层，实现了44.5 cm²/Vs的高迁移率。至关重要的是，该器件在施加应力下稳定运行近三个小时，展现出良好的可靠性。事实上，我们的MOSFET性能优于此前报道过的类似器件。”
该团队的努力为该领域提供了一种兼顾材料和结构重要性的新型晶体管设计。这项研究朝着开发可靠的高密度电子元件迈出了一步，这些电子元件适用于大数据和人工智能等高计算需求的应用。这些微型晶体管有望助力下一代技术的平稳运行，从而极大地改变我们的日常生活。
文章“通过选择性结晶InGaO x实现栅极全覆盖纳米片氧化物半导体晶体管的性能和可靠性增强”发表在2025年VLSI技术与电路研讨会上。
编译自/scitechdaily
