長期以來，硅一直是晶體管和計算機芯片的主要半導體。但這種主導地位并不能保證永遠持續下去。特別是當工程師們試圖將更多的功率器件裝入更小、更密集的晶體管中時，情況更是如此。

麻省理工學院的研究人員最近的工作使人們更好地了解了一種被稱為砷化鎵銦（InGaAs）的合金，這種室溫半導體可以帶來更快、更致密的芯片。這可能是解鎖更小，更高效的晶體管的關鍵。以前，研究人員認為InGaAs晶體管的性能會在芯片應用所需的小規模范圍內劣化，但是MIT的最新研究表明，這種劣化并不是材料本身的固有特性。

砷化銦鎵晶體管簡史

麻省理工學院的新研究建立在對InGaAs晶體管持續研究的基礎上。早在2012年，麻省理工學院微系統技術實驗室的一個團隊就宣布，他們發現了迄今為止最小的InGaAs晶體管。這種22納米的MOSFET旨在取代計算設備中的硅，因為InGaAs可以在更小的尺度上傳導更大的電流。

宣布這一消息之前，普渡大學的研究人員開發了一種由三根微小的InGaAs納米線組成的圣誕樹狀晶體管。

普渡大學ECE部門生產的InGaAs晶體管的橫截面圖像

InGaAs晶體管堆疊在垂直結構中（當時是一種新穎的結構），據說它比硅對應的晶體管更緊湊，更節能。

砷化銦鎵

在我們期望摩爾定律終結時，為什么麻省理工學院，普渡大學和其他機構的研究人員轉向InGaAs？

InGaAs（有時也被稱為 "砷化鎵銦，GaInAs"）是一種III-V族化合物，其性質介于GaAs和InAs之間。盡管它最常用作光纖電信的高速、高靈敏度光電檢測器，但它在室溫下也是一種半導體，因此適合應用于電子領域。

電子即使在低電壓下也能夠無縫地穿過InGaAs。這意味著InGaAs可以提高設備的能效。而且由于由這種材料制成的晶體管可以快速處理信號，因此從理論上講，它將使計算速度更快。

然而，事實上，InGaAs晶體管在小尺度下似乎會性能惡化——這是實現更快和更密集芯片所需的尺度——這是一個棘手的問題。

麻省理工學院的發現可能導致該材料（如圖所示）在電子學中的廣泛使用。圖片取自該機構2012年有關InGaAs的先前工作

然而，在這項研究中，麻省理工學院的研究團隊發現，這種材料的小規模性能問題部分歸因于氧化物捕獲，而不是之前認為的材料本身。氧化物俘獲導致電子在通過晶體管時“卡住”，降低性能。

氧化物陷阱

“晶體管應該起開關的作用。你希望能夠接通電壓，同時有大量電流，”該研究的第一作者蔡曉偉(Xiaowei Cai)說。當電子被捕獲并施加電壓時，只有非常有限的溝道電流，這意味著開關能力比氧化物捕獲時要低得多。

InGaAs用于成像芯片，這是其最常見的應用之一

確實，當麻省理工學院的研究人員研究晶體管的頻率依賴性時，氧化物捕獲被認為是性能損失的原因：電脈沖通過該晶體管的頻率。在較低的頻率下，納米級InGaAs晶體管的性能似乎下降了。相反，在1 GHz及更高的高頻下，氧化物陷阱不再是問題。

“當我們以很高的頻率操作這些設備時，我們注意到性能非常好。他們與硅技術具有競爭力。”蔡說。這一發現有朝一日可能會起到提升計算能力和效率的作用，超越硅技術的可能性。