소형화 혁신:InGaOx 트랜지스터로 획기적인 성능 약속

전자 및 센서 내부자

전자 장치가 소형화됨에 따라 실리콘 기반 트랜지스터를 계속해서 축소하는 것이 점점 더 어려워지고 있습니다. 이제 도쿄대학교 산업과학연구소가 이끄는 연구팀이 해결책을 모색했습니다. 그들은 실리콘을 버리고 대신 갈륨이 첨가된 인듐 산화물(InGaOx)로 만든 트랜지스터를 만드는 것을 선택했습니다. 이 물질은 결정질 산화물로 구조화될 수 있으며, 규칙적인 결정 격자는 전자 이동성에 매우 적합합니다.

“우리는 또한 결정질 산화물 트랜지스터가 전류를 켜거나 끄는 게이트가 전류가 흐르는 채널을 둘러싸는 '게이트 올 어라운드(gate-all-around)' 구조를 갖기를 원했습니다."라고 이번 연구의 수석 저자인 Anlan Chen은 설명했습니다. "게이트를 채널 전체로 감싸면 기존 게이트에 비해 효율성과 확장성을 높일 수 있습니다."

연구자들은 갈륨을 도핑하여 인듐 산화물에 불순물을 도입해야 한다는 것을 알고 있었습니다. 이렇게 하면 물질이 전기와 더 유리한 방식으로 반응하게 됩니다. 산화인듐은 산소 공극 결함을 포함하고 있어 캐리어 산란을 촉진하여 장치 안정성을 저하시킨다고 수석 저자인 Masaharu Kobayashi가 말했습니다. "우리는 산소 결손을 억제하고 결과적으로 트랜지스터 신뢰성을 향상시키기 위해 갈륨으로 산화 인듐을 도핑했습니다."

연구팀은 원자층 증착을 사용해 게이트 올라운드 트랜지스터의 채널 영역을 한 번에 한 원자층씩 InGaOx 박막으로 코팅했습니다. 증착 후 필름을 가열하여 전자 이동성에 필요한 결정 구조로 변환했습니다. 이 공정을 통해 궁극적으로 게이트 전체가 금속 산화물 기반 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)의 제조가 가능해졌습니다.

Chen 박사는 “갈륨이 도핑된 인듐 산화물 층을 포함하는 게이트 올라운드 MOSFET은 44.5cm2/Vs의 높은 이동도를 달성합니다.”라고 말했습니다. "결정적으로 이 장치는 거의 3시간 동안 적용된 스트레스 하에서 안정적으로 작동하여 유망한 신뢰성을 입증했습니다. 실제로 우리 MOSFET은 이전에 보고된 유사한 장치보다 성능이 뛰어났습니다."

팀의 노력으로 재료와 구조의 중요성을 모두 고려한 새로운 트랜지스터 설계가 가능해졌습니다. 이번 연구는 빅데이터, 인공지능 등 컴퓨팅 수요가 높은 애플리케이션에 적합한 신뢰성 있는 고밀도 전자 부품 개발을 향한 한 걸음이다. 이 작은 트랜지스터는 차세대 기술이 원활하게 작동하도록 돕고 일상 생활에 큰 변화를 가져올 것을 약속합니다.

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