奈良先端科學技術大學與東京大學成功開發出一項「環繞式閘極(Gate All Around; GAA)」結構的氧化物半導體電晶體,且開發出以化學氣相沉積法之一的原子層沉積法(ALD)將氧化物半導體予以結晶化的技術,實現了電晶體的高性能化與高可靠性,可望有助於推動半導體朝向高集積化與高機能化發展。
目前氧化物半導體電晶體主要應用於平面顯示器等領域。由於氧化物半導體可在低溫下製造,因此在半導體積體電路上的應用備受期待。然而,若要將其應用於積體電路電晶體,實現微細化是必要條件。而既有的非晶氧化物半導體難以製作所需的GAA結構,以致成為發展瓶頸。
此次研究中,研究團隊利用原子層沉積法成功地形成了氧化銦鎵(InGaOx; IGO)奈米薄膜,透過熱處理實現了表面平坦且均一的結晶化。其後研究團隊建立了IGO奈米薄膜與犧牲層之間的高選擇性蝕刻技術,進而試作出GAA型氧化物半導體電晶體,並進行了性能評估。
評估結果顯示,導通電流達到326 μA/μm(電源電壓1.2V),跨導值(Transconductance)為689 μS/μm,實現了常關型運作(Normally-off Operation),為目前全球性能最高的GAA型氧化物半導體電晶體。此外,在偏壓應力測試下的閾值電壓漂移也較單閘電晶體大幅改善,展現出高可靠性。