Revolutionierung der Miniaturisierung:InGaOx-Transistoren versprechen bahnbrechende Leistung

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(Bild:Mit freundlicher Genehmigung der Forscher)

Da die Elektronik immer kleiner wird, wird es immer schwieriger, siliziumbasierte Transistoren weiter zu verkleinern. Nun hat ein Forschungsteam unter der Leitung des Institute of Industrial Science der Universität Tokio nach einer Lösung gesucht. Sie haben auf Silizium verzichtet und sich stattdessen für die Herstellung eines Transistors aus Gallium-dotiertem Indiumoxid (InGaOx) entschieden. Dieses Material kann als kristallines Oxid strukturiert werden, dessen geordnetes Kristallgitter gut für die Elektronenmobilität geeignet ist.

„Wir wollten außerdem, dass unser kristalliner Oxidtransistor eine ‚Gate-rundum‘-Struktur aufweist, wobei das Gate, das den Strom ein- oder ausschaltet, den Kanal umgibt, in dem der Strom fließt“, erklärte Anlan Chen, Hauptautor der Studie. „Indem wir das Gate vollständig um den Kanal wickeln, können wir die Effizienz und Skalierbarkeit im Vergleich zu herkömmlichen Gates verbessern.“

Den Forschern war klar, dass sie durch Dotierung mit Gallium Verunreinigungen in das Indiumoxid einbringen mussten. Dadurch würde das Material günstiger mit Elektrizität reagieren. „Indiumoxid enthält Sauerstofffehlstellen, die die Ladungsträgerstreuung erleichtern und somit die Stabilität des Geräts verringern“, sagte Masaharu Kobayashi, leitender Autor. „Wir haben Indiumoxid mit Gallium dotiert, um Sauerstofffehlstellen zu unterdrücken und so die Zuverlässigkeit des Transistors zu verbessern.“

Das Team nutzte die Atomlagenabscheidung, um den Kanalbereich eines Gate-Rundum-Transistors mit einem dünnen Film aus InGaOx zu beschichten, eine Atomlage nach der anderen. Nach der Abscheidung wurde der Film erhitzt, um ihn in die für die Elektronenmobilität erforderliche Kristallstruktur umzuwandeln. Dieser Prozess ermöglichte letztendlich die Herstellung eines Gate-rundum-Feldeffekttransistors (MOSFET) auf Metalloxidbasis.

„Unser Gate-Rundum-MOSFET, der eine Gallium-dotierte Indiumoxidschicht enthält, erreicht eine hohe Mobilität von 44,5 cm2/Vs“, sagte Dr. Chen. „Entscheidend ist, dass das Gerät eine vielversprechende Zuverlässigkeit zeigte, indem es unter angelegter Belastung fast drei Stunden lang stabil lief. Tatsächlich übertraf unser MOSFET ähnliche Geräte, über die zuvor berichtet wurde.“

Die Bemühungen des Teams haben zu einem neuen Transistordesign geführt, das die Bedeutung sowohl der Materialien als auch der Struktur berücksichtigt. Die Forschung ist ein Schritt in Richtung der Entwicklung zuverlässiger elektronischer Komponenten mit hoher Dichte, die für Anwendungen mit hohem Rechenbedarf wie Big Data und künstliche Intelligenz geeignet sind. Diese winzigen Transistoren versprechen einen reibungslosen Betrieb der Technologie der nächsten Generation und werden einen großen Unterschied in unserem Alltag bewirken.

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