科学家研制出有望淘汰硅基芯片的晶体管

如今，由东京大学工业科学研究所领导的研究团队寻求到了一种解决方案。如其将于2025年VLSI技术与电路研讨会上发表的新论文所述，该团队摒弃了硅材料，转而选择制造由掺镓氧化铟（InGaOx）构成的晶体管。这种材料可形成结晶氧化物结构，其有序的晶格非常有利于电子迁移。

"我们还希望这种结晶氧化物晶体管具有'全环绕栅极'结构，即控制电流开关的栅极完全包裹住电流流经的沟道，"研究第一作者陈安澜解释道，"通过让栅极完全环绕沟道，相较于传统栅极结构，我们可以提高效率和可扩展性。"

基于这些目标，团队展开了工作。研究人员意识到需要通过掺入镓元素（掺杂）向氧化铟引入杂质。这将使材料以更理想的方式响应电学特性。

"氧化铟含有氧空位缺陷，这会加剧载流子散射从而降低器件稳定性，"资深作者小林正治表示，"我们在氧化铟中掺杂镓元素以抑制氧空位，进而提升晶体管可靠性。"

团队采用原子层沉积技术，在环绕栅晶体管的沟道区域逐层沉积InGaOx薄膜。沉积完成后，通过加热使薄膜转化为电子迁移所需的晶体结构。该工艺最终实现了全环绕栅"金属氧化物半导体场效应晶体管"（MOSFET）的制造。

"我们这款含有掺镓氧化铟层的全环绕栅MOSFET实现了44.5 cm²/Vs的高迁移率，"陈博士阐述道，"关键在于，该器件在施加压力下稳定运行近三小时，展现出优异的可靠性。事实上，我们的MOSFET性能超越了以往报道的同类器件。"

团队的研究成果为该领域提供了一种兼顾材料与结构重要性的新型晶体管设计。这项研究推动了适用于大数据和人工智能等高性能计算场景的可靠高密度电子元件的开发进程。这些微型晶体管有望助力下一代技术平稳运行，为我们的日常生活带来重大变革。

论文《采用InGaO_x选择性结晶实现性能与可靠性提升的全环绕栅纳米片氧化物半导体晶体管》发表于2025年VLSI技术与电路研讨会。