半導体技術の限界を超える新成果(PKU Scientists Push Semiconductor Technology to New Limits)

2025-10-13 北京大学(PKU)

北京大学集成電路学院の黄如院士と呉彥清教授のチームは、高熱伝導性SiC基板上に形成した超薄型アモルファス酸化物半導体(AOS)トランジスタを開発し、10GHz超の高周波動作と優れた熱安定性を両立させた。これにより、従来課題であった自己発熱(SHE)による性能劣化を克服。120nmゲート長の酸化インジウムスズ(ITO)デバイスは、3V・125℃条件下でも安定動作し、速度・熱拡散・出力の各指標でAOSデバイスの記録を更新した。研究は、柔軟・低コスト・チップ互換型RFエレクトロニクスの実現へ道を開く成果であり、5G通信やデータ伝送用パワーアンプなどへの応用が期待される。成果はNature Electronics誌に掲載。

半導体技術の限界を超える新成果(PKU Scientists Push Semiconductor Technology to New Limits)
Fig. 1. Thermal conductivity of the materials and device heat dissipation.

<関連情報>

10GHz以上の電力増幅用アモルファスインジウムスズ酸化物トランジスタ Amorphous indium tin oxide transistors for power amplification above 10 GHz

Qianlan Hu,Shenwu Zhu,Yuzhe Zhu,Chengru Gu,Shiyuan Liu,Ru Huang & Yanqing Wu
Nature Electronics  Published:15 September 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41928-025-01447-6

Abstract

Amorphous oxide semiconductors could be used as thin channel materials in future back-end-of-line-compatible electronics. However, thin body amorphous materials suffer from Joule heating due to the strong scattering of electrons and phonons from extensive local disorder, which can lead to device failure in high-speed power-intensive applications. Here we show that the electrical and thermal transport properties of amorphous indium tin oxide can be enhanced using a silicon carbide substrate. Using this approach, we create top-gate transistors that have a channel length of 120 nm and exhibit negligible performance degradation under high electric fields and temperatures of up to 125 °C. We show that the devices can offer a cutoff frequency of 103 GHz and a maximum oscillation frequency of 125 GHz. Furthermore, our indium tin oxide power amplifiers provide a high output power density of 0.69 W mm−1 and a power-added efficiency of 24.1% at 12 GHz.

0403電子応用
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