科学家研发出可能彻底淘汰硅材料的晶体管

东京大学工业科学研究所领导的研究团队现已提出解决方案。根据其将于2025年VLSI技术与电路研讨会上发布的新论文所述，该团队摒弃硅材料，转而采用掺镓氧化铟（InGaOx）制造晶体管。该材料可形成晶体氧化物结构，其有序的晶格阵列非常有利于电子迁移。

"我们同时希望晶体氧化物晶体管具有'环栅'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称，"与传统栅极相比，这种全包裹结构能提升器件效能与可扩展性。"

基于此目标，团队展开研发工作。研究人员认识到需要通过镓掺杂向氧化铟引入杂质，这将优化材料对电场的响应特性。

"氧化铟存在氧空位缺陷，会导致载流子散射从而降低器件稳定性，"资深作者小林正治指出，"我们采用镓掺杂抑制氧空位形成，进而提升晶体管可靠性。"

团队运用原子层沉积技术，在环栅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，使其转化为电子迁移所需的晶体结构。该工艺最终成功制备出环栅结构的"金属氧化物半导体场效应晶体管"（MOSFET）。

"我们研发的环栅MOSFET通过掺镓氧化铟层实现了44.5 cm²/Vs的高迁移率，"陈博士强调，"关键突破在于器件可靠性：在持续近三小时的外加应力下仍稳定运行。事实上，其性能超越了以往报道的同类器件。"

该研究提出的新型晶体管设计兼顾材料与结构双重创新，为开发适用于大数据、人工智能等高算力场景的高密度可靠电子元件奠定基础。这些微型晶体管将助力新一代技术平稳运行，深刻改变日常生活。

研究论文《采用InGaO_x选择性结晶技术实现性能与可靠性提升的环栅纳米片氧化物半导体晶体管》已发布于2025年VLSI技术与电路研讨会。