Miniaturisatie gerevolutioneerd: InGaOx-transistors beloven doorbraakprestaties

Electronics & Sensors INSIDER

(Afbeelding: Terugkerend van de onderzoekers)

Naarmate elektronica kleiner wordt, wordt het steeds moeilijker om silicium-gebaseerde transistors verder te verkleinen. Nu heeft een onderzoeks team geleid door het Institute of Industrial Science, The University of Tokyo, een oplossing gezocht. Ze hebben het silicium achtergelaten en gekozen voor een transistor gemaakt van gallium-gedopeerd indiumoxide (InGaOx). Dit materiaal kan gestructureerd worden als een kristallijne oxide, wiens geordende kristalrooster goed geschikt is voor elektronenmobiliteit.

"We wilden ook dat onze kristallijne oxidetransistor een 'gate-all-around' structuur zou hebben, waarbij de gate, die de stroom aan of uit zet, het kanaal omringt waar de stroom door vloeit," legde Anlan Chen, hoofdauteur van de studie, uit. "Door de gate volledig om het kanaal te wikkelen, kunnen we efficiëntie en schaalbaarheid verbeteren vergeleken met traditionele gates."

De onderzoekers wisten dat ze onzuiverheden aan het indiumoxide moesten introduceren door het te doperen met gallium. Dit zou het materiaal laten reageren op elektriciteit op een gunstigere manier. "Indiumoxide bevat zuurstofvacaturedefecten, die dragerverstrooiing faciliteren en dus de apparaatstabiliteit verlagen," aldus Masaharu Kobayashi, senior auteur. "We dopten indiumoxide met gallium om zuurstofvacatures te onderdrukken en daarmee de transistor-betrouwbaarheid te verbeteren."

Het team gebruikte atomic-layer deposition om het kanaalgebied van een gate-all-around transistor te coaten met een dunne film van InGaOx, één atoomlaag per keer. Na depositie werd de film verhit om het te transformeren in de kristallijne structuur die nodig is voor elektronenmobiliteit. Dit proces maakte uiteindelijke de fabricage van een gate-all-around metal oxide-based field-effect transistor (MOSFET) mogelijk.

"Onze gate-all-around MOSFET, met een gallium-gedopeerde indiumoxidelage, bereikt een hoge mobiliteit van 44,5 cm2/Vs," aldus Dr. Chen. "Cruciaal is dat het apparaat veelbelovende betrouwbaarheid demonstreerde door stabiel te opereren onder toegepaste stress gedurende bijna drie uur. Feitelijk presteerde onze MOSFET beter dan vergelijkbare apparaten die eerder gerapporteerd zijn."

De inspanningen van het team hebben een nieuw transistorontwerp opgeleverd dat rekening houdt met het belang van zowel materialen als structuur. Het onderzoek is een stap naar de ontwikkeling van betrouwbare, hoogdichte elektronische componenten geschikt voor toepassingen met hoge computationele eis, zoals big data en kunstmatige intelligentie. Deze kleine transistors beloven next-gen technologie soepel te laten draaien, wat een groot verschil maakt in ons dagelijks leven.

Bron