微小化の革新：InGaOxトランジスタが画期的性能を約束

エレクトロニクス＆センサ INSIDER

（画像：研究者たち提供）

エレクトロニクスがより小型化するにつれ、シリコンベースのトランジスタをさらにスケールダウンし続けることがますます困難になっています。東京大学生産技術研究所が率いる研究チームは、解決策を模索しました。シリコンを捨て、代わりにガリウムドープ酸化インジウム（InGaOx）で作られたトランジスタの作製を選択。この材料は結晶酸化物として構造化でき、その整然とした結晶格子が電子移動度に適しています。

「我々の結晶酸化物トランジスタに『ゲートオールアラウンド』構造を採用したいと考えました。これは、電流をオン/オフするゲートが、電流が流れるチャネルを取り囲む構造です」と、研究の筆頭著者であるAnlan Chen氏は説明します。「ゲートをチャネルの周りに完全に巻き付けることで、従来のゲートと比較して効率と拡張性を向上できます。」

研究者たちは、酸化インジウムに不純物を導入し、ガリウムでドープする必要があることを知っていました。これにより、材料が電気に対してより好ましい反応を示すようになります。「酸化インジウムには酸素欠陥があり、キャリア散乱を促進し、デバイス安定性を低下させます」と、上席著者のMasaharu Kobayashi氏。「酸化インジウムをガリウムでドープして酸素欠陥を抑制し、トランジスタ信頼性を向上させました。」

チームは原子層堆積法を用いて、ゲートオールアラウンドトランジスタのチャネル領域にInGaOxの薄膜を1原子層ずつコーティング。堆積後、膜を加熱して電子移動度に必要な結晶構造に変換しました。このプロセスにより、ゲートオールアラウンド金属酸化物ベース電界効果トランジスタ（MOSFET）の作製が可能になりました。

「ガリウムドープ酸化インジウム層を含む我々のゲートオールアラウンドMOSFETは、44.5 cm²/Vsの高い移動度を達成します」とChen博士。「重要なのは、デバイスが印加ストレス下でほぼ3時間安定動作し、有望な信頼性を示したことです。実際、我々のMOSFETは以前報告された類似デバイスを上回りました。」

チームの努力は、材料と構造の両方の重要性を考慮した新しいトランジスタ設計を提供しました。この研究は、ビッグデータや人工知能など、高い計算需要を持つアプリケーションに適した、信頼性の高い高密度電子コンポーネントの開発への一歩となります。これらの微小トランジスタは、次世代テクノロジーをスムーズに稼働させ、私たちの日常生活に大きな違いをもたらすことを約束します。

出典

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