Revolutionaire miniaturisatie:InGaOx-transistors beloven baanbrekende prestaties

Elektronica en sensoren INSIDER

Naarmate de elektronica kleiner wordt, wordt het steeds moeilijker om op silicium gebaseerde transistors verder te verkleinen. Nu heeft een onderzoeksteam onder leiding van het Instituut voor Industriële Wetenschappen van de Universiteit van Tokio naar een oplossing gezocht. Ze hebben het silicium achter zich gelaten en hebben in plaats daarvan gekozen voor een transistor gemaakt van met gallium gedoteerd indiumoxide (InGaOx). Dit materiaal kan worden gestructureerd als een kristallijn oxide, waarvan het ordelijke kristalrooster zeer geschikt is voor elektronenmobiliteit.

"We wilden ook dat onze kristallijne oxide-transistor een 'gate-all-around'-structuur zou hebben, waarbij de poort, die de stroom aan of uit zet, het kanaal omringt waar de stroom vloeit", legt Anlan Chen, hoofdauteur van het onderzoek, uit. "Door de poort volledig rond het kanaal te wikkelen, kunnen we de efficiëntie en schaalbaarheid verbeteren in vergelijking met traditionele poorten."

De onderzoekers wisten dat ze onzuiverheden in het indiumoxide zouden moeten introduceren door het met gallium te doteren. Hierdoor zou het materiaal gunstiger reageren met elektriciteit. "Indiumoxide bevat defecten in de zuurstofvacature, die de verstrooiing van dragers vergemakkelijken en dus de stabiliteit van het apparaat verlagen", zegt Masaharu Kobayashi, senior auteur. "We hebben indiumoxide met gallium gedoteerd om zuurstofvacatures te onderdrukken en op zijn beurt de betrouwbaarheid van de transistoren te verbeteren."

Het team gebruikte atomaire laagafzetting om het kanaalgebied van een gate-all-round transistor te bedekken met een dunne film van InGaOx, één atoomlaag tegelijk. Na afzetting werd de film verwarmd om deze te transformeren in de kristallijne structuur die nodig is voor elektronenmobiliteit. Dit proces maakte uiteindelijk de fabricage mogelijk van een op metaaloxide gebaseerde veldeffecttransistor (MOSFET).

"Onze gate-all-around MOSFET, die een met gallium gedoteerde indiumoxidelaag bevat, bereikt een hoge mobiliteit van 44,5 cm2/Vs", aldus Dr. Chen. "Cruciaal was dat het apparaat een veelbelovende betrouwbaarheid vertoonde door bijna drie uur lang stabiel te werken onder toegepaste stress. Onze MOSFET presteerde zelfs beter dan vergelijkbare apparaten die eerder zijn gerapporteerd."

De inspanningen van het team hebben geleid tot een nieuw transistorontwerp dat rekening houdt met het belang van zowel materialen als structuur. Het onderzoek is een stap in de richting van de ontwikkeling van betrouwbare elektronische componenten met hoge dichtheid die geschikt zijn voor toepassingen met een hoge rekenbehoefte, zoals big data en kunstmatige intelligentie. Deze kleine transistors beloven de technologie van de volgende generatie soepel te laten werken en een groot verschil te maken in ons dagelijks leven.

Bron