Révolution de la miniaturisation : les transistors InGaOx promettent une performance révolutionnaire

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Dépasser les limites du silicium

Alors que l'électronique devient plus petite, il devient de plus en plus difficile de continuer à réduire les transistors à base de silicium. Maintenant, une équipe de recherche dirigée par l'Institut des Sciences Industrielles de l'Université de Tokyo a cherché une solution. Ils ont abandonné le silicium et ont plutôt opté pour créer un transistor fait d'oxyde d'indium dopé au gallium (InGaOx). Ce matériau peut être structuré sous forme d'oxyde cristallin, dont le réseau cristallin ordonné est bien adapté à la mobilité des électrons.

Anlan Chen, auteur principal de l'étude : « Nous voulions aussi que notre transistor à oxyde cristallin présente une structure "gate-all-around" (grille tout autour), où la grille, qui allume ou éteint le courant, entoure le canal où le courant circule. En enveloppant complètement la grille autour du canal, nous pouvons améliorer l'efficacité et l'évolutivité par rapport aux grilles traditionnelles. »

Dopage au gallium pour supprimer les lacunes d'oxygène

Les chercheurs savaient qu'ils devraient introduire des impuretés dans l'oxyde d'indium en le dopant avec du gallium. Cela ferait réagir le matériau à l'électricité de manière plus favorable. « L'oxyde d'indium contient des défauts de lacunes d'oxygène, qui facilitent la diffusion des porteurs et diminuent ainsi la stabilité du dispositif », a déclaré Masaharu Kobayashi, auteur principal. « Nous avons dopé l'oxyde d'indium avec du gallium pour supprimer les lacunes d'oxygène et, par conséquent, améliorer la fiabilité du transistor. »

Fabrication par dépôt de couches atomiques

L'équipe a utilisé le dépôt de couches atomiques pour recouvrir la région du canal d'un transistor gate-all-around avec un film mince d'InGaOx, une couche atomique à la fois. Après dépôt, le film a été chauffé pour le transformer en la structure cristalline nécessaire à la mobilité des électrons. Ce processus a finalement permis la fabrication d'un transistor à effet de champ (MOSFET) à base d'oxyde métallique gate-all-around.

Dr. Chen : « Notre MOSFET gate-all-around, contenant une couche d'oxyde d'indium dopé au gallium, atteint une mobilité élevée de 44,5 cm²/Vs. Crucialement, le dispositif a démontré une fiabilité prometteuse en fonctionnant de manière stable sous contrainte appliquée pendant près de trois heures. En fait, notre MOSFET surpasse des dispositifs similaires rapportés précédemment. »

Les efforts de l'équipe ont fourni une nouvelle conception de transistor qui prend en compte l'importance à la fois des matériaux et de la structure. La recherche est une étape vers le développement de composants électroniques fiables à haute densité adaptés aux applications à forte demande computationnelle, comme les big data et l'intelligence artificielle. Ces minuscules transistors promettent d'aider la technologie de nouvelle génération à fonctionner sans heurts, faisant une grande différence dans notre vie quotidienne.

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