6月29日消息，據(jù)scitechdaily報(bào)道，在2025 年 VLSI 技術(shù)和電路研討會(huì)上，東京大學(xué)工業(yè)科學(xué)研究所的研究人員發(fā)布了一篇題為《通過InGaOx的選擇性結(jié)晶實(shí)現(xiàn)環(huán)繞柵極的納米片氧化物半導(dǎo)體晶體管，以提高性能和可靠性》的論文，宣布開發(fā)一種革命性的新型的摻鎵氧化銦（InGaOx）的晶體材料，有望取代現(xiàn)有的硅材料，大幅提升在AI 與大數(shù)據(jù)領(lǐng)域應(yīng)用的性能，并在后硅時(shí)代延續(xù)摩爾定律的生命力。

晶體管被稱為 20世紀(jì)最偉大的發(fā)明之一。它們對(duì)現(xiàn)代電子產(chǎn)品至關(guān)重要，充當(dāng)控制和放大電信號(hào)的微小開關(guān)。但隨著半導(dǎo)體制程工藝的持續(xù)推進(jìn)，晶體管尺寸變得越來越小、速度要求越來越快，傳統(tǒng)的硅基晶體管材料開始逐漸難以滿足需求。我們是否已經(jīng)接近硅基晶體管的極限和強(qiáng)大的極限？

東京大學(xué)工業(yè)科學(xué)研究所的一組研究人員認(rèn)為，使用摻鎵氧化銦的材料制造了一種新型晶體管，這種特殊材料可以形成高度有序的晶體結(jié)構(gòu)，幫助電子更有效地移動(dòng)——這對(duì)性能至關(guān)重要。

“我們還希望我們的晶體氧化物晶體管具有‘全環(huán)繞柵極’結(jié)構(gòu)，即打開或關(guān)閉電流的柵極圍繞電流流過的通道，”該研究的主要作者 Anlan Chen 解釋說?！巴ㄟ^將門電路完全包裹在通道周圍，與傳統(tǒng)門相比，我們可以提高效率和可擴(kuò)展性?！?/p>

△東京大學(xué)工業(yè)科學(xué)研究所的研究人員通過使用創(chuàng)新材料和設(shè)計(jì)生產(chǎn)具有高性能和可靠性的微型晶體管。圖片來源：東京大學(xué)工業(yè)科學(xué)研究所

結(jié)晶氧化物策略

牢記這些目標(biāo)后，東京大學(xué)工業(yè)科學(xué)研究所的研究團(tuán)隊(duì)開始著手工作。研究人員知道，他們需要通過用鎵“摻雜”氧化銦來將雜質(zhì)引入氧化銦中。這將使材料以更有利的方式與電發(fā)生反應(yīng)。

“氧化銦含有氧空位缺陷，這促進(jìn)了載流子散射，從而降低了器件的穩(wěn)定性，”資深作者 Masaharu Kobayashi 說?！拔覀?cè)谘趸熤袚诫s了鎵，以抑制氧空位，從而提高晶體管的可靠性?！?/p>

該團(tuán)隊(duì)使用原子層沉積技術(shù)在全柵極晶體管的通道區(qū)域涂覆一層 InGaOx 薄膜，一次一個(gè)原子層。沉積后，將薄膜加熱以轉(zhuǎn)化為電子遷移所需的晶體結(jié)構(gòu)。這一過程最終實(shí)現(xiàn)了全環(huán)繞柵極的“基于金屬氧化物的場(chǎng)效應(yīng)晶體管”（MOSFET） 的制造。

“我們的柵極全環(huán)繞 MOSFET 包含摻鎵氧化銦層，實(shí)現(xiàn)了 44.5 cm2/Vs 的高遷移率，”陳博士解釋說。“至關(guān)重要的是，該設(shè)備在施加的壓力下穩(wěn)定運(yùn)行了近三個(gè)小時(shí)，表現(xiàn)出了良好的可靠性。事實(shí)上，我們的 MOSFET 性能優(yōu)于以前報(bào)道的類似器件?！?/p>

該團(tuán)隊(duì)所展示的努力為該領(lǐng)域提供了一種新的晶體管設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)同時(shí)考慮了材料和結(jié)構(gòu)的重要性。這項(xiàng)研究是朝著開發(fā)適用于大數(shù)據(jù)和人工智能等高計(jì)算需求應(yīng)用的可靠、高密度電子元件邁出的一步。這些微小的晶體管有望幫助下一代技術(shù)平穩(wěn)運(yùn)行，對(duì)我們的日常生活產(chǎn)生重大影響。