Вчені створили нові безкремнієві транзистори

06 червня 2025 р. 14:09

06 червня 2025 р. 14:09

Дослідники наносили легований галієм оксид індію шар за шаром, щоб створити крихітні транзистори зі збільшеною рухливістю електронів. Дослідники з Інституту промислових наук (IIS) Токійського університету в Японії створили крихітні транзистори, які не використовують кремній. Замість цього команда легувала галій в оксид індію, а потім кристалізувала його, щоб створити матеріал, який підтримує рух електронів.

Транзистори є скрізь. Від смартфонів до розумних будинків, від автомобілів до літаків, транзистори є невід’ємною частиною сучасної електроніки. Виготовлені з кремнію, транзистори допомогли пришвидшити розвиток нових технологій, але зараз також відстають. Комп’ютери, які колись займали багато місця, тепер поміщаються на долоні завдяки кремнієвим транзисторам. Однак, оскільки ми прагнемо ще більше зменшити розмір електроніки, ми також почали бачити обмеження кремнію. Витиснути більше з кремнієвих транзисторів у менших конфігураціях стає все важче з кожним днем, і саме тут дослідники шукають нові альтернативи.

Покращення порівняно зі стандартними воротами

Шукаючи транзистори, які можна було б ще більше мініатюризувати, дослідники з IIS також шукали способи подальшого вдосконалення конструкції транзистора. Затвор транзистора вирішує, чи залишається він увімкненим, чи вимкненим.  Дослідники хотіли розробити затвор, який би оточував канал, де протікає струм. «Повністю огортаючи затвор навколо каналу, ми можемо підвищити ефективність та масштабованість порівняно з традиційними затворами», – пояснив Анлан Чен, дослідник IIS, який брав участь у цій роботі.

Відмовившись від кремнію у своїй конструкції, дослідники також позбулися його обмежень. Але оксид індію довелося покращити в певних аспектах, щоб він краще працював з електрикою. Тож дослідницька група вирішила легувати його галієм. Як був зроблений транзистор?

Відомо, що оксид індію містить дефекти кисневих вакансій, які призводять до дефектів у пристрої та знижують його стабільність. Легування галієм усуває ці кисневі вакансії та може підвищити надійність транзисторів. Однак це потрібно робити обережно.

Команда використала атомно-шарове осадження, щоб покрити область каналу тонкою плівкою оксиду індію, легованого галієм (InGaOx), шар за шаром. Після завершення осадження плівку нагрівали для формування кристалічної структури, яка підтримує рухливість електронів.  Дослідницька група успішно розробила польовий транзистор (MOSFET) на основі металоксиду з конструкцією затвора по периметру. «Наш MOSFET з затвором по периметру, що містить шар оксиду індію, легованого галієм, досягає високої рухливості 44,5 см²/Вс», – додав Чен у прес -релізі .

«Найважливіше те, що пристрій демонструє багатообіцяючу надійність, стабільно працюючи під навантаженням протягом майже трьох годин».

Дослідники також повідомили, що їхній MOSFET перевершив інші пристрої, розроблені раніше. Це прокладає шлях для розробки надійних електронних компонентів високої щільності. Вони, ймовірно, знайдуть застосування у футуристичних галузях, таких як штучний інтелект або обробка великих даних.

Подальше зменшення розміру транзисторів дозволило дослідникам показати, що технології наступного покоління, ймовірно, супроводжуватимуться подальшим зменшенням розмірів пристроїв. Що ще важливіше, дослідження в галузі дизайну матеріалів можуть призвести до рішень, які виходять за рамки кремнію для майбутніх застосувань.  Результати дослідження були представлені на симпозіумі з технології та схем НВІС 2025 року.

Технології