隨著傳統矽材料日益逼近物理極限，半導體產業正站在轉型的關鍵時刻。東京大學的研究團隊近期開發出一種以摻鎵氧化銦(InGaOx)為基礎的新型電晶體，有望在人工智慧與大數據等高運算應用中，延續摩爾定律的生命週期。這一創新，或將為後矽時代的晶體管設計開啟全新篇章。
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電晶體面臨瓶頸：尋找矽的替代品
電晶體自20世紀問世以來，一直是現代電子產品的核心元件，扮演著控制和放大電訊號的微型開關。然而，隨著電子設備不斷追求小型化和高效能，傳統以矽為基礎的電晶體正逐步接近其物理極限，面臨著效能與功耗的雙重挑戰。這使得科學家們不得不積極尋找新的材料和設計，以突破現有技術瓶頸，推動微電子技術持續向前發展。
氧化銦：下一代電晶體的理想材料
東京大學的研究團隊認為，摻鎵氧化銦(InGaOx)為電晶體的發展開闢了一條更優的路徑。這種材料能夠形成高度有序的晶體結構，極大地促進了電子的有效移動，這對於提升電晶體性能至關重要。
此外，新型電晶體採用了創新的「環繞式閘極」(Gate-All-Around, GAA)設計。這種設計使得控制開關的閘極能夠完全包覆電流通道，不僅顯著提高了電子的移動率，還有助於提升電晶體的長期穩定性。主要研究人員陳安蘭博士指出，環繞式閘極結構能有效提高效率和可擴展性。
抑制缺陷：實現高性能與高可靠性
為了進一步優化 InGaOx 的電性反應，研究團隊在氧化銦中摻入了鎵。資深作者小林正治解釋，氧化銦中通常存在氧缺陷，這會導致載流子散射並降低元件穩定性。透過摻雜鎵，研究人員成功抑制了這些氧缺陷，從而顯著提高了電晶體的可靠性。
在製程上，團隊利用原子層沉積技術，逐層塗覆 InGaOx 薄膜於環繞式閘極電晶體的通道區域。隨後，透過加熱處理將薄膜轉化為所需的晶體結構，最終成功製造出高性能的金屬氧化物場效應電晶體(MOSFET)。陳安蘭博士表示，這款環繞式 MOSFET 實現了 44.5 cm²/Vs 的高移動率，並且在施加應力下能穩定運行近三小時，展現出卓越的可靠性。
邁向未來：AI 與大數據應用新動力
這項研究成果為高運算需求的應用，如大數據和人工智慧，提供了可靠的高密度電子元件設計。新型 InGaOx 電晶體的突破性進展，預示著下一代技術的順利運行，將對人們的日常生活產生重大影響。電晶體性能的提升，意味著未來 AI 訓練將更高效、數據處理將更快速，為各行各業帶來更多創新可能。
參考資料:
- 延續摩爾定律助攻 AI 發展！東京大學研發「新型電晶體」取代矽材料
- Crystal-Powered Transistor Could Replace Silicon and Supercharge AI
(首圖來源:iStock)
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