576 транзисторов из κ-фазы селенида индия на одной пластине

Учёные из POSTECH, KAIST, других учреждений Южной Кореи и Университета электронных наук и технологий Китая изготовили на четырёхдюймовой кремниевой пластине массив из 576 транзисторов на основе κ-фазы селенида индия (In₂Se₃). Результаты опубликованы 30 апреля 2026 года в журнале Nature Communications. По данным авторов, характеристики транзисторов по пластине различались сравнительно мало. Команда также собрала логический инвертор, но не размещала материал поверх работающей кремниевой схемы.

Почему материал меньше запоминает прошлое состояние

Обычные ферроэлектрические формы In₂Se₃ могут сохранять поляризацию после снятия напряжения. Это удобно для памяти, однако в логической схеме создаёт проблему: один и тот же входной сигнал должен давать один и тот же результат, а не зависеть от предыдущего состояния транзистора.

В κ-фазе области, похожие на ферроэлектрический слой, чередуются с диэлектрическими. По объяснению авторов, диэлектрическая часть не компенсирует связанные заряды на границе слоёв. Поэтому внутри структуры возникает деполяризующее поле, направленное против самопроизвольной поляризации. Оно уменьшает остаточную поляризацию и ослабляет ферроэлектрическое поведение. Отсутствие характерного отклика проверяли, в частности, методом пьезоэлектрической силовой микроскопии.

Это не означает, что гистерезис исчезает при любых условиях. При измерении постоянным током исследователи увидели гистерезис порогового напряжения примерно 6,3 В и связали его с захватом заряда. При импульсных измерениях влияние захваченного заряда уменьшалось, поэтому характеристики становились почти безгистерезисными.

Представим выключатель, который должен реагировать только на текущую команду. Если после предыдущего переключения в его механизме остался заряд, одинаковая команда может сработать немного по-разному. Ослабление остаточной поляризации уменьшает такую зависимость от прошлого состояния. Это условное сравнение, а не отдельный опыт исследователей.

Что показали 576 транзисторов

Плёнку получили термическим испарением и затем отжигали при 250 °C. Толщину проверили в 40 точках пластины, а спектры Рамана сравнили в 16 областях. В массиве из 576 транзисторов средняя подвижность электронов составила 39,3 см²/(В·с), стандартное отклонение равнялось 2,4 см²/(В·с). Среднее пороговое напряжение составило 6,0 В при стандартном отклонении 0,6 В. Такой разброс указывает на сравнительно близкие характеристики устройств в пределах данной пластины.

Сопоставимые результаты авторы получили ещё на двух четырёхдюймовых пластинах, изготовленных в тех же условиях. При импульсах длительностью 100 наносекунд транзисторы сохраняли переключение до 10⁷ циклов. В отдельной проверке статьи стабильность оценивали на 1000 циклах, поэтому эти цифры относятся к разным режимам испытаний.

Для демонстрации логики исследователи собрали комплементарный инвертор. В нём n-канальный транзистор из κ-In₂Se₃ работал вместе с p-канальным транзистором на основе оксида теллура, легированного селеном.

Почему до интеграции с чипом ещё далеко

Температура процесса ниже 450 °C укладывается в ограничение, которое авторы приводят для формирования дополнительных слоёв над уже изготовленными схемами. Такой режим потенциально совместим с BEOL-интеграцией, то есть с созданием верхних слоёв микросхемы после изготовления её основных элементов.

Но эксперимент проводили на кремниевой подложке с оксидом кремния, а не поверх работающего кремниевого чипа. Поэтому исследование показывает равномерное изготовление материала на пластине и возможность собрать логическую схему, но не доказывает готовность технологии к промышленной интеграции. Основные результаты опубликованы в рецензируемом журнале Nature Communications. Подробнее о подготовке научных публикаций можно узнать на странице подготовки научных статей.