突破物理极限！全环绕栅极晶体管新材料亮相

日本研究人员展示了一种采用镓掺杂氧化铟（InGaOx）材料制造，并具有革命性“全环绕栅极”设计的晶体管。该晶体管比传统的硅基模型更稳定、更高效，有望释放先进计算领域的新性能水平。

被誉为20世纪最伟大发明之一的晶体管，是放大或切换电信号的现代电子设备的核心元件。随着电子设备日益小型化，继续缩小硅基晶体管的尺寸变得越来越困难。我们的电子技术发展是否已触碰到瓶颈？

某机构的研究团队正在寻求解决方案。根据其即将在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所述，该团队放弃了硅材料，转而选择制造一种由镓掺杂氧化铟制成的晶体管。这种材料可以形成晶体氧化物结构，其有序的晶格非常有利于电子迁移。

研究的主要作者解释说，还希望这种晶体氧化物晶体管具备“全环绕栅极”结构，即用于开启或关闭电流的栅极完全包围电流流经的沟道。通过将栅极完全包裹在沟道周围，与传统栅极结构相比，可以提高效率和可扩展性。

带着这些目标，团队开始了工作。研究人员知道，他们需要通过掺入镓来向氧化铟中引入杂质。这会使材料以更有利的方式对电产生反应。

资深作者表示，氧化铟含有氧空位缺陷，这会加剧载流子散射，从而降低器件稳定性。通过掺入镓来抑制氧空位，进而提高晶体管的可靠性。

研究团队使用原子层沉积技术，将InGaOx薄膜一次一个原子层地沉积在“全环绕栅极”晶体管的沟道区域上。沉积后，对薄膜进行加热，将其转化为电子迁移所需的晶体结构。这一工艺最终实现了“全环绕栅极金属氧化物半导体场效应晶体管”（MOSFET）的制造。

研究的主要作者解释道，这种包含镓掺杂氧化铟层的全环绕栅极MOSFET实现了高达44.5 cm²/Vs的迁移率。关键在于，该器件在施加应力的条件下稳定运行了近三个小时，表现出良好的可靠性。事实上，其性能超过了此前报道的同类器件。

该团队的努力为这一领域提供了一种同时兼顾材料与结构重要性的新型晶体管设计。这项研究是朝着开发适用于大数据和人工智能等高计算需求应用场景的、可靠且高密度电子元件迈出的一步。这些微型晶体管有望帮助下一代技术平稳运行，从而深刻影响日常生活。

论文《A Gate-All-Around Nanosheet Oxide Semiconductor Transistor by Selective Crystallization of InGaOx for Performance and Reliability Enhancement》已在2025年超大规模集成电路技术与电路研讨会上发表。
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