科学家研制出一种可能让硅基晶体管望尘莫及的新型晶体管

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。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，该团队摒弃了硅材料，转而选择采用掺镓氧化铟（InGaOx）制造晶体管。该材料可形成晶体氧化物结构，其有序的晶格结构非常有利于电子迁移。

"我们还希望晶体氧化物晶体管具备'全包围栅极'结构，即在电流流经的沟道四周完全包围控制电流通断的栅极，"该研究的第一作者陈安澜解释道，"与传统栅极结构相比，全包围式栅极设计能显著提升器件效能与可扩展性。"

基于这些目标，团队展开了研究工作。研究人员意识到需要通过镓"掺杂"在氧化铟中引入杂质，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，"我们通过镓掺杂抑制氧空位形成，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，使其转变为具备电子迁移能力的晶体结构。该工艺最终成功制备出全包围栅极"金属氧化物半导体场效应晶体管"（MOSFET）。

"我们研发的全包围栅极MOSFET采用掺镓氧化铟层，实现了高达44.5平方厘米/伏秒的迁移率，"陈博士阐述道，"关键的是，该器件在持续近三小时的外加应力下稳定运行，展现出卓越的可靠性。事实上，其性能超越了既往报道的同类器件。"

该团队的研究成果为领域提供了兼顾材料与结构重要性的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高可靠性、高密度电子元件的开发进程。这些微型晶体管有望保障下一代技术顺畅运行，深刻改变我们的日常生活。

题为《采用InGaOₓ选择性结晶实现性能与可靠性提升的全包围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。