6月29日消息，據scitechdaily報道，在2025 年 VLSI 技術和電路研討會上，東京大學工業科學研究所的研究人員發布了一篇題為《通過InGaOx的選擇性結晶實現環繞柵極的納米片氧化物半導體晶體管，以提高性能和可靠性》的論文，宣布開發一種革命性的新型的摻鎵氧化銦（InGaOx）的晶體材料，有望取代現有的硅材料，大幅提升在AI 與大數據領域應用的性能，并在后硅時代延續摩爾定律的生命力。

晶體管被稱為 20世紀最偉大的發明之一。它們對現代電子產品至關重要，充當控制和放大電信號的微小開關。但隨著半導體制程工藝的持續推進，晶體管尺寸變得越來越小、速度要求越來越快，傳統的硅基晶體管材料開始逐漸難以滿足需求。我們是否已經接近硅基晶體管的極限和強大的極限？

東京大學工業科學研究所的一組研究人員認為，使用摻鎵氧化銦的材料制造了一種新型晶體管，這種特殊材料可以形成高度有序的晶體結構，幫助電子更有效地移動——這對性能至關重要。

“我們還希望我們的晶體氧化物晶體管具有‘全環繞柵極’結構，即打開或關閉電流的柵極圍繞電流流過的通道，”該研究的主要作者 Anlan Chen 解釋說。“通過將門電路完全包裹在通道周圍，與傳統門相比，我們可以提高效率和可擴展性。”

△東京大學工業科學研究所的研究人員通過使用創新材料和設計生產具有高性能和可靠性的微型晶體管。圖片來源：東京大學工業科學研究所

結晶氧化物策略

牢記這些目標后，東京大學工業科學研究所的研究團隊開始著手工作。研究人員知道，他們需要通過用鎵“摻雜”氧化銦來將雜質引入氧化銦中。這將使材料以更有利的方式與電發生反應。

“氧化銦含有氧空位缺陷，這促進了載流子散射，從而降低了器件的穩定性，”資深作者 Masaharu Kobayashi 說。“我們在氧化銦中摻雜了鎵，以抑制氧空位，從而提高晶體管的可靠性。”

該團隊使用原子層沉積技術在全柵極晶體管的通道區域涂覆一層 InGaOx 薄膜，一次一個原子層。沉積后，將薄膜加熱以轉化為電子遷移所需的晶體結構。這一過程最終實現了全環繞柵極的“基于金屬氧化物的場效應晶體管”（MOSFET） 的制造。

“我們的柵極全環繞 MOSFET 包含摻鎵氧化銦層，實現了 44.5 cm2/Vs 的高遷移率，”陳博士解釋說。“至關重要的是，該設備在施加的壓力下穩定運行了近三個小時，表現出了良好的可靠性。事實上，我們的 MOSFET 性能優于以前報道的類似器件。”

該團隊所展示的努力為該領域提供了一種新的晶體管設計，該設計同時考慮了材料和結構的重要性。這項研究是朝著開發適用于大數據和人工智能等高計算需求應用的可靠、高密度電子元件邁出的一步。這些微小的晶體管有望幫助下一代技術平穩運行，對我們的日常生活產生重大影響。