近日，東京大學(xué)的科研團(tuán)隊在微電子技術(shù)領(lǐng)域取得重大突破，成功研制出一種采用摻鎵氧化銦（InGaOx）晶體材料的新型晶體管。這一創(chuàng)新成果有望突破傳統(tǒng)硅材料的限制，顯著提升人工智能（AI）與大數(shù)據(jù)處理的運算性能，為后硅時代延續(xù)摩爾定律帶來了新的可能。
自20世紀(jì)晶體管誕生以來，作為現(xiàn)代電子產(chǎn)品的核心元件，它在控制和放大電子信號方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。然而，隨著科技的飛速發(fā)展，電子設(shè)備不斷朝著更小尺寸和更高速度邁進(jìn)，傳統(tǒng)硅基晶體管逐漸遭遇物理極限帶來的瓶頸，難以滿足日益增長的高性能計算需求。在此背景下，尋找能夠替代硅材料的新型半導(dǎo)體成為科研人員的重要任務(wù)。
圖片來源：拍信網(wǎng)
東京大學(xué)的研究團(tuán)隊選用摻鎵氧化銦作為構(gòu)建晶體管的基礎(chǔ)材料。這種材料具備獨特優(yōu)勢，能夠形成高度有序的晶體結(jié)構(gòu)，極大地促進(jìn)了電子遷移效率的提升。與此同時，研究團(tuán)隊為新晶體管設(shè)計了環(huán)繞式柵極（gate-all-around；GAA）結(jié)構(gòu)，使柵極完全包裹住電流通道。相較于傳統(tǒng)柵極，這種結(jié)構(gòu)不僅大幅提高了電子遷移率，還顯著增強(qiáng)了器件長期運行的穩(wěn)定性。
項目核心研究人員陳安蘭介紹，團(tuán)隊通過在#氧化銦?中巧妙地加入#鎵?元素，成功優(yōu)化了材料的電學(xué)性能。實驗表明，摻鎵后的氧化銦能夠有效減少氧缺陷問題，從而顯著提升晶體管的整體穩(wěn)定性。在具體制備過程中，研究人員利用原子層沉積工藝，逐層構(gòu)建InGaOx薄膜，并通過精確的加熱手段將其轉(zhuǎn)化為目標(biāo)晶體結(jié)構(gòu)，最終成功制成高性能金屬氧化物場效應(yīng)晶體管（MOSFET）。
測試數(shù)據(jù)顯示，這款環(huán)繞式MOSFET表現(xiàn)出色，實現(xiàn)了高達(dá)44.5cm2/Vs的遷移率，并且在嚴(yán)苛的應(yīng)力測試下能夠連續(xù)穩(wěn)定工作近三小時，展現(xiàn)出了卓越的可靠性。與此前報道的類似器件相比，該晶體管在性能上實現(xiàn)了重大超越。
此項突破性研究成果，為滿足高運算需求的應(yīng)用提供了高效且密集的電子元件設(shè)計方案，有助于推動AI和大數(shù)據(jù)處理等領(lǐng)域進(jìn)一步發(fā)展。
（集邦化合物半導(dǎo)體整理）
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