科学家研制出能让硅基晶体管相形见绌的新型晶体管

目前，由东京大学工业科学研究所领导的研究团队提出了一种解决方案。根据其将在2025年超大规模集成电路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，转而选择使用掺镓氧化铟（InGaOx）制造晶体管。这种材料可形成结晶氧化物结构，其有序的晶格结构十分有利于电子迁移。

研究第一作者陈安澜解释道："我们同时希望这种结晶氧化物晶体管具备'环绕栅极'结构——控制电流通断的栅极将包裹住电流流经的沟道。与传统栅极相比，这种全包裹结构能提升效能与可扩展性。"

基于这些目标，团队展开了研发工作。研究人员意识到需要通过掺入镓元素在氧化铟中引入杂质，这将优化材料的电学响应特性。

资深作者小林正治指出："氧化铟本身存在氧空位缺陷，这会加剧载流子散射从而降低器件稳定性。我们通过掺镓抑制氧空位形成，进而提升晶体管可靠性。"

团队采用原子层沉积技术，在环绕栅极晶体管的沟道区域逐层沉积InGaOx薄膜。沉积完成后对薄膜进行热处理，使其转化为利于电子迁移的晶体结构。该工艺最终成功制备出环绕栅极结构的"金属氧化物半导体场效应晶体管"（MOSFET）。

陈博士阐述道："我们研发的环绕栅极MOSFET采用掺镓氧化铟层，实现了高达44.5 cm²/Vs的迁移率。关键在于该器件在持续近三小时的施加电压测试中表现出优异的运行稳定性。事实上，其性能超越了先前报道的同类器件。"

该研究通过同时考量材料与结构的重要性，为领域提供了新型晶体管设计方案。这项成果推动了适用于大数据、人工智能等高计算需求场景的可靠高密度电子元件发展。这些微型晶体管将助力下一代技术平稳运行，深刻改变我们的日常生活。

论文《采用InGaO_x选择性结晶技术实现性能与可靠性提升的环绕栅极纳米片氧化物半导体晶体管》发表于2025年超大规模集成电路技术与电路研讨会。