随着传统硅材料日益逼近物理极限，半导体产业正站在转型的关键时刻。东京大学的研究团队近期开发出一种以掺镓氧化铟(InGaOx)为基础的新型电晶体，有望在人工智慧与大数据等高运算应用中，延续摩尔定律的生命周期。这一创新，或将为后硅时代的晶体管设计开启全新篇章。
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电晶体面临瓶颈：寻找硅的替代品
电晶体自20世纪问世以来，一直是现代电子产品的核心元件，扮演着控制和放大电讯号的微型开关。然而，随着电子设备不断追求小型化和高效能，传统以矽为基础的电晶体正逐步接近其物理极限，面临着效能与功耗的双重挑战。这使得科学家们不得不积极寻找新的材料和设计，以突破现有技术瓶颈，推动微电子技术持续向前发展。
氧化铟：下一代电晶体的理想材料
东京大学的研究团队认为，掺镓氧化铟(InGaOx)为电晶体的发展开辟了一条更优的路径。这种材料能够形成高度有序的晶体结构，极大地促进了电子的有效移动，这对于提升电晶体性能至关重要。
此外，新型电晶体采用了创新的「环绕式闸极」(Gate-All-Around, GAA)设计。这种设计使得控制开关的闸极能够完全包覆电流通道，不仅显著提高了电子的移动率，还有助于提升电晶体的长期稳定性。主要研究人员陈安兰博士指出，环绕式闸极结构能有效提高效率和可扩展性。
抑制缺陷：实现高性能与高可靠性
为了进一步优化 InGaOx 的电性反应，研究团队在氧化铟中掺入了镓。资深作者小林正治解释，氧化铟中通常存在氧缺陷，这会导致载流子散射并降低元件稳定性。透过掺杂镓，研究人员成功抑制了这些氧缺陷，从而显著提高了电晶体的可靠性。
在制程上，团队利用原子层沉积技术，逐层涂覆 InGaOx 薄膜于环绕式闸极电晶体的通道区域。随后，透过加热处理将薄膜转化为所需的晶体结构，最终成功制造出高性能的金属氧化物场效应电晶体(MOSFET)。陈安兰博士表示，这款环绕式 MOSFET 实现了 44.5 cm²/Vs 的高移动率，并且在施加应力下能稳定运行近三小时，展现出卓越的可靠性。
迈向未来：AI 与大数据应用新动力
这项研究成果为高运算需求的应用，如大数据和人工智慧，提供了可靠的高密度电子元件设计。新型 InGaOx 电晶体的突破性进展，预示着下一代技术的顺利运行，将对人们的日常生活产生重大影响。电晶体性能的提升，意味着未来 AI 训练将更高效、数据处理将更快速，为各行各业带来更多创新可能。
参考资料:
- 延续摩尔定律助攻 AI 发展！东京大学研发「新型电晶体」取代硅材料
- Crystal-Powered Transistor Could Replace Silicon and Supercharge AI
(首图来源:iStock)
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