Без грамма кремния: японские учёные показали, как выглядит транзистор будущего

Учёные из Института промышленной науки Токийского университета представили прототип транзистора нового поколения, созданного без использования кремния. Вместо привычного материала они использовали оксид индия, легированный галлием, и превратили его в кристаллическую структуру, способную эффективно проводить электроны.

Кремниевые транзисторы десятилетиями лежали в основе цифровой революции — от смартфонов до самолётов. Но по мере того как технологии становятся всё миниатюрнее, становится очевидно, что кремний всё чаще становится узким местом. Исследователи по всему миру ищут альтернативы, способные обеспечить дальнейшее развитие микроэлектроники.

Японская команда пошла ещё дальше: они не только отказались от кремния, но и пересмотрели саму конструкцию транзистора. Вместо стандартного расположения управляющего затвора, они предложили «окружающий» вариант, в котором затвор полностью охватывает канал, по которому течёт ток. Это повышает управляемость и потенциально позволяет ещё сильнее уменьшить размеры устройства.

Однако работа с оксидом индия — не самая простая задача: он подвержен кислородным дефектам, которые ухудшают стабильность и надёжность транзистора. Добавление галлия помогает устранить эти недостатки, но требует высокой точности. Команда применила метод атомно-слоевого осаждения, нанося материал поэтапно, слой за слоем. Затем плёнка была нагрета до образования кристаллической решётки, поддерживающей движение электронов.

Результатом стал тонкоплёночный полевой транзистор с «затвором вокруг канала» (gate-all-around MOSFET), способный демонстрировать подвижность электронов на уровне 44,5 см²/В·с — очень высокий показатель для подобных структур. Кроме того, устройство стабильно работало под нагрузкой почти три часа, что говорит о перспективной надёжности.

Авторы считают, что их разработка может найти применение в области ИИ и обработки больших данных , где особенно важна высокая плотность компонентов. Развитие альтернатив кремнию происходит параллельно с созданием фотонных чипов и нейроморфных процессоров , которые также обещают революционизировать вычислительную технику.

Работа демонстрирует, что следующий виток миниатюризации электроники возможен — и он, возможно, пройдёт уже за пределами кремниевой эпохи. Подобные новые материалы открывают путь к созданию более эффективных и компактных устройств, способных удовлетворить растущие потребности современных технологий.

Исследование было представлено на симпозиуме по технологии и схемам VLSI в 2025 году.