초소형화 혁신: InGaOx 트랜지스터가 약속하는 획기적 성능

실리콘 한계 넘어선 갈륨 도핑 인듐 산화물 트랜지스터 개발

전자제품이 소형화됨에 따라 실리콘 기반 트랜지스터를 계속 축소하기가 점점 어려워지고 있습니다. 이제 도쿄대학 산업과학연구소 주도 연구팀이 해결책을 모색했습니다. 실리콘을 버리고 갈륨 도핑 인듐 산화물(InGaOx)로 만든 트랜지스터를 개발했습니다. 이 물질은 결정질 산화물로 구조화될 수 있으며, 그 질서 정연한 결정 격자는 전자 이동도에 적합합니다.

게이트-올-어라운드 구조 채택

"우리 결정질 산화물 트랜지스터에 '게이트-올-어라운드' 구조를 적용하고자 했습니다. 전류를 켜고 끄는 게이트가 전류가 흐르는 채널을 완전히 둘러싸는 구조입니다."라고 연구 제1저자 안란 첸(Anlan Chen)은 설명했습니다. "게이트를 채널 전체에 감싸면 기존 게이트보다 효율성과 확장성을 향상시킬 수 있습니다."

갈륨 도핑으로 산소 결함 억제

연구진은 인듐 산화물에 갈륨을 도핑해 불순물을 도입해야 한다는 것을 알았습니다. 이는 전기에 더 유리하게 반응하게 만듭니다. "인듐 산화물은 산소 결함이 있어 캐리어 산란을 촉진하고 소자 안정성을 낮춥니다."라고 수석 저자 코바야시 마사하루(Masaharu Kobayashi)는 말했습니다. "인듐 산화물에 갈륨을 도핑해 산소 결함을 억제하고, 결과적으로 트랜지스터 신뢰성을 개선했습니다."

원자층 증착으로 정밀 제조

연구팀은 원자층 증착법을 사용해 게이트-올-어라운드 트랜지스터의 채널 영역을 InGaOx 박막으로 한 원자층씩 코팅했습니다. 증착 후 박막을 가열해 전자 이동도에 필요한 결정 구조로 변환했습니다. 이 공정은 결국 게이트-올-어라운드 금속 산화물 기반 전계효과 트랜지스터(MOSFET) 제작을 가능하게 했습니다.

"갈륨 도핑 인듐 산화물 층을 포함한 우리 게이트-올-어라운드 MOSFET은 44.5 cm²/Vs의 높은 이동도를 달성합니다."라고 첸 박사는 말했습니다. "중요하게도, 이 소자는 적용된 스트레스 하에서 거의 3시간 동안 안정적으로 작동하는 유망한 신뢰성을 입증했습니다. 사실 우리 MOSFET은 이전에 보고된 유사한 소자들을 능가했습니다."

빅데이터·AI용 고밀도 전자 부품 향한 발걸음

팀의 노력은 소재와 구조 양쪽의 중요성을 고려한 새로운 트랜지스터 설계를 제공했습니다. 이 연구는 빅데이터와 인공지능 같은 높은 계산 수요가 있는 애플리케이션에 적합한 신뢰성 높고 고밀도의 전자 부품 개발로 향하는 한 걸음입니다. 이 작은 트랜지스터들은 차세대 기술이 원활하게 작동하도록 돕고, 우리 일상생활에 큰 차이를 만들 것입니다.

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