新材料|美国麻省理工学院展示砷化镓铟（InGaAs）合金，有望实现更小、更节能的晶体管，在高性能计算领域与硅相媲美
在美国国防威胁降低局（NDRA）和国家科学基金会的支持下，美国麻省理工学院（MIT）的研究人员发现，名为砷化镓铟 （InGaAs）的合金有望实现更小、更节能的晶体管，带来推动计算能力和效率超越硅的可能性。此前，研究人员认为，InGaAs晶体管的性能在小规模时就会变差。但新的研究表明，这种明显的劣化并非材料本身的固有属性。研究成果将于本月在虚拟的IEEE国际电子器件会议上发表。该研究的主要作者是Xiaowei Cai，现就职于ADI公司，作为麻省理工学院微系统技术实验室和电子工程与计算机科学（EECS）系的博士生，与Donner教授Jesús delAlamo一起完成了这项研究。
研究背景
晶体管是计算机的基础组成模块。要想在未来提高计算能力，就像几十年来一样，电子工程师必须开发出更小、更紧密的晶体管。迄今为止，硅一直是晶体管的首选半导体材料。但InGaAs已经显示出成为潜在竞争者的迹象。
InGaAs材料优劣势
即使是在低电压下，电子也能轻易地穿过InGaAs。Cai说：这种材料“具有众所周知很好的[电子]传输特性”。InGaAs晶体管可以快速处理信号，从而提高计算速度。此外，InGaAs晶体管可以在相对较低的电压下工作，意味着可以提高计算机的能源效率。因此，InGaAs似乎是一种很有前途的计算机晶体管材料。但InGaAs良好的电子传输特性似乎在小尺寸下会退化，导致一些研究人员得出结论， InGaAs不适合做纳米级晶体管。但Cai说：“我们发现这是一个误解。”
研究成果
研究团队发现，InGaAs的小尺度性能问题部分是由于氧化物诱捕。这种现象会导致电子在试图流经晶体管时被卡住。Cai说：“晶体管以开关方式工作，当开启时会有大量的电流，但如果有电子被困，就导致在开启状态下也只有非常有限的电流。所以，当有这种氧化物陷阱时，开关能力就会降低很多。”
Cai的团队通过研究晶体管的频率依赖性--即电脉冲通过晶体管的速度，将氧化物诱捕确定为罪魁祸首。在低频率下，纳米级InGaAs晶体管的性能出现了退化。但在1GHz或更高的频率下可以很好工作，氧化物诱捕不再是障碍，具有超越硅技术的竞争力。
意义
Cai希望该发现能给研究人员提供新的理由去追求基于InGaAs的计算机晶体管。“我们真的很兴奋，希望这一结果能够鼓励研究团队继续探索使用InGaAs作为晶体管的通道材料。要解决的问题其实不是InGaAs晶体管本身，而是氧化物诱捕问题，我们相信这是一个可以解决或设计出来的问题。”InGaAs在经典和量子计算应用中都显示出了前景。
del Alamo说：“该领域仍然非常非常令人兴奋，我们在将晶体管的性能推向极致的过程中茁壮成长。”有一天，这种极端性能可能会由InGaAs提供。