Într-un potențial punct de cotitură pentru microelectronică, oamenii de știință din Tokyo au creat un nou tranzistor puternic care renunță la siliciu în favoarea unui material cristalin numit oxid de indiu dopat cu galiu.
Tranzistorii sunt adesea considerați una dintre cele mai mari invenții ale secolului XX. Ei sunt esențiali pentru electronica modernă, acționând ca niște comutatoare minuscule care controlează și amplifică semnalele electrice. Dar, pe măsură ce dispozitivele noastre devin mai mici și mai rapide, tranzistorii tradiționali pe bază de siliciu se luptă să țină pasul. Ne apropiem de limitele a cât de mici și puternice pot deveni electronicele noastre?
O echipă de cercetători de la Institutul de Științe Industriale al Universității din Tokyo consideră că există o cale mai bună de urmat. În loc să se bazeze pe siliciu, ei au construit un nou tip de tranzistor folosind un material numit oxid de indiu dopat cu galiu sau InGaOx. Acest material special poate forma o structură cristalină extrem de ordonată care ajută electronii să se miște mai eficient – un lucru crucial pentru performanță.
„Am dorit ca tranzistorul nostru cu oxid cristalin să prezinte o structură «gate-all-around», prin care poarta, ce activează sau dezactivează curentul, înconjoară canalul prin care circulă curentul”, explică Anlan Chen, autorul principal al studiului. „Prin înfășurarea completă a porții în jurul canalului, putem îmbunătăți eficiența și scalabilitatea în comparație cu porțile tradiționale.”
Având aceste obiective în minte, echipa s-a apucat de treabă. Cercetătorii știau că vor trebui să introducă impurități în oxidul de indiu prin „dopare” cu galiu. Acest lucru face ca materialul să reacționeze cu electricitatea într-un mod mai favorabil.
„Oxidul de indiu conține defecte numite de goluri de oxigen, care facilitează împrăștierea purtătorilor de sarcină și, prin urmare, reduc stabilitatea dispozitivului”, spune Masaharu Kobayashi, autor al studiului. „Am dopat oxidul de indiu cu galiu pentru a suprima golurile de oxigen și, la rândul său, pentru a îmbunătăți fiabilitatea tranzistorului.”
Echipa a folosit depunerea în straturi atomice pentru a acoperi regiunea canalului unui tranzistor gate-all-around cu o peliculă subțire de InGaOx, câte un strat atomic pe rând. După depunere, pelicula a fost încălzită pentru a o transforma în structura cristalină necesară pentru mobilitatea electronilor. Acest proces a permis, în cele din urmă, fabricarea unui „tranzistor gate-all-araound cu efect de câmp bazat pe oxid metalic” (MOSFET).
Stratul de oxid de indiu dopat cu galiu obține o mobilitate de 44,5 cm2/Vs și dovedește o fiabilitate promițătoare, operând în mod stabil în condiții de stres timp de trei ore.
Eforturile depuse de echipă au oferit un nou design de tranzistor care ia în considerare importanța atât a materialelor, cât și a structurii. Studiul reprezintă un pas către dezvoltarea unor componente electronice fiabile, de înaltă densitate, potrivite pentru aplicații cu cerințe computaționale ridicate, cum ar fi big data și inteligența artificială. Acești tranzistori minusculi promit să ajute tehnologia de generație următoare să funcționeze fără probleme, făcând o mare diferență în viața noastră de zi cu zi.
Sursa: SciTechDaily