科学家研制出一种可能让硅相形见绌的晶体管

东京大学工业科学研究所领导的研究团队近期提出创新解决方案。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详述，该团队摒弃硅材料，转而采用镓掺杂氧化铟（InGaOx）制造晶体管。这种材料可形成结晶氧化物结构，其有序的晶格排列能显著提升电子迁移率。

研究第一作者陈安澜解释道："我们设计的结晶氧化物晶体管采用'全环绕栅极'结构——控制电流开关的栅极将电流通道完全包裹。与传统栅极结构相比，这种全包裹设计能同时提升器件效能与可扩展性。"

基于此目标，团队展开攻关。研究人员通过在氧化铟中掺入镓元素来引入杂质，这种处理方法能优化材料的电响应特性。

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

研究采用原子层沉积技术，在全环绕栅极晶体管的通道区域逐层沉积InGaOx薄膜。沉积完成后通过热处理使薄膜形成利于电子迁移的晶体结构，最终成功制备出全环绕栅极结构的"金属氧化物半导体场效应晶体管"（MOSFET）。

陈博士说明："我们的镓掺杂氧化铟全环绕栅极MOSFET实现了44.5 cm²/Vs的高迁移率。关键突破在于器件在持续近三小时的压力测试中保持稳定运行，展现出卓越的可靠性。实际性能指标已超越既往报道的同类器件。"

该研究通过材料与结构的协同创新，为领域提供了新型晶体管设计方案。这项突破推动了大算力应用（如大数据与人工智能）所需的高密度电子元件发展。这些微型晶体管将助力新一代技术平稳运行，深刻影响日常生活。

研究成果《采用InGaO_x选择性结晶实现性能强化的全环绕栅极纳米片氧化物半导体晶体管》已发表于2025年超大规模集成电路技术与电路研讨会。