科学家研制出一种能让硅相形见绌的晶体管

如今，由东京大学生产技术研究所领导的研究团队探索出了一项解决方案。正如其将在2025年超大规模集成电路技术与电路研讨会（VLSI Technology and Circuits）上发表的新论文所述，该团队摒弃硅材料，转而选择采用掺镓氧化铟（InGaOx）制造晶体管。该材料可形成结晶氧化物结构，其有序的晶格非常适合电子迁移。

研究第一作者陈安澜解释道："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环绕着电流流经的沟道。与传统栅极结构相比，全环绕栅极设计能显著提升器件效率和可扩展性。"

基于这些目标，团队展开了研究。研究人员意识到需要在氧化铟中通过掺入镓元素引入杂质，这将使材料以更优化的方式响应电信号。

资深作者小林正治指出："氧化铟存在氧空位缺陷，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，逐层在全环绕栅极晶体管的沟道区域沉积InGaOx薄膜。沉积完成后对薄膜进行热处理，使其转变为电子迁移所需的晶体结构。该工艺最终成功制造出全环绕栅极型"金属氧化物半导体场效应晶体管"（MOSFET）。

陈博士阐明："我们的全环绕栅极MOSFET含有掺镓氧化铟层，实现了44.5 cm²/Vs的高迁移率。关键在于，该器件在施加应力条件下稳定运行近三小时，展现出优异的可靠性。事实上，其性能超越了此前报道的同类器件。"

该研究通过兼顾材料特性和结构设计，为领域提供了新型晶体管设计方案。这项研究推动了适用于大数据和人工智能等高计算需求场景的可靠、高密度电子元件的开发进程。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。

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