Транзисторы есть везде. Транзисторы являются неотъемлемой частью современной электроники — от смартфонов до «умных» домов, от автомобилей до самолетов. Компьютеры, которые когда-то занимали большое пространство, теперь умещаются на ладони благодаря кремниевым транзисторам. Однако, стремясь еще больше уменьшить размеры электроники, ученые начали осознавать и недостатки кремния. С каждым днем становится все труднее выжимать максимум из транзисторов на основе кремния в небольших конфигурациях, и именно здесь исследователи ищут новые альтернативы.
Исследователи из Института промышленных наук (IIS) Токийского университета в Японии создали крошечные транзисторы, в которых не используется кремний. Вместо этого команда добавила галлий в оксид индия, а затем кристаллизовала его, чтобы получить материал, который поддерживает движение электронов.
В процессе поиска транзисторов, которые можно было бы еще больше миниатюризировать, исследователи из IIS искали способы дальнейшего совершенствования конструкции транзистора, обратив, в частности, свое внимание на затвор транзистора, который определяет, будет ли он включен или выключен. Исследователи из IIS хотели создать затвор, который окружал бы канал, по которому протекает ток.
“Полностью обернув gate вокруг канала, мы можем повысить эффективность и масштабируемость по сравнению с традиционными gate”, - пояснил Анлан Чен, исследователь из IIS, который принимал участие в работе.
Отказавшись от кремния в своей конструкции, исследователи также устранили определяемые им ограничения. Но оксид индия пришлось усовершенствовать в некоторых аспектах, чтобы он более эффективно работал с электричеством. Поэтому исследовательская группа решила добавить в него галлий.
Известно, что оксид индия имеет ограничения, связанные с кислородными вакансиями, которые приводят к дефектам в устройстве и снижают его стабильность. Легирование галлием устраняет эти кислородные вакансии и может повысить надежность транзисторов. Однако это необходимо делать с осторожностью. Команда ученых из IIS использовала атомно-слоевое осаждение, чтобы покрыть область канала тонкой пленкой оксида индия (InGaOx), легированного галлием, по одному слою за раз. После завершения осаждения пленку нагревали для формирования кристаллической структуры, поддерживающей подвижность электронов.
В конечном счете, исследовательская группа из IIS успешно разработала полевой транзистор на основе оксида металла (MOSFET) с универсальной конструкцией затвора.
“Наш универсальный МОП-транзистор с затвором, содержащий слой оксида индия, легированного галлием, обеспечивает высокую подвижность — 44,5 cm2/Vs”, — указывается в пресс-релизе Института промышленных наук Токийского университета.
“Важно отметить, что устройство демонстрирует многообещающую надежность, стабильно работая под нагрузкой в течение почти трех часов”, - подчеркивают исследователи.
Они также сообщили, что их МОП-транзисторы превзошли по производительности другие устройства, которые были разработаны ранее, что открывает путь для разработки надежных электронных компонентов высокой плотности. Ученые из IIS надеются, что их инновационные транзисторы найдут применение в таких перспективных областях, как искусственный интеллект или обработка больших объемов данных.
Благодаря дальнейшему уменьшению размеров транзисторов, исследователи также показали, что технологии следующего поколения, вероятно, будут сопровождаться дальнейшим уменьшением размеров устройств. Что еще более важно, это также продемонстрировало, что исследования в области состава материалов могут привести к решениям, выходящим за рамки кремния, для будущих применений.
Результаты исследования были представлены на симпозиуме 2025 года по VLSI Technology and Circuits.
