Die Entwicklung von Transistoren von planaren FETs zu MBCFets ™

Der ChIP -Herstellungsprozess hat sich von der Mikronebene in die 2nm -Ära bewegt, und die Transistorarchitektur hat vier wichtige Entwicklungen von planarem FET zu MBCFET ™ durchlaufen. Es ist nicht nur eine Formwechsel, es ist eine Herausforderung für die Grenzen der Physik. Welche physikalischen Engpässe wurden von jeder Architekturentwicklung von planaren Transistoren bis zu MBCFets ™ gelöst?

Die ursprünglichen planaren FETs waren zweidimensionale planare Strukturen, auch als planare Feldeffekttransistoren bekannt. Seine Struktur ist einfach: Der elektronische Kanal "liegt" auf der Oberfläche des Siliziumwafers, während das Tor über dem Kanal bedeckt ist und der gesamte Stromfluss horizontal auf der Oberfläche des Wafers durchgeführt wird.

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Dieses Design wurde in den 60er Jahren des letzten Jahrhunderts geboren und wurde schnell zum Mainstream. Es bildete die Grundlage für die erste Generation von LSIs und war sehr gut abschnitten und war bei den Prozessknoten über 90 Nanometern sehr ausgereift. Das Problem tritt jedoch auf, nachdem der Prozess weiterhin verkleinert wurde. Insbesondere unter 28 Nanometern beginnt sich der kurze Kanaleffekt zu verstärken, die Kontrolle des Gate über den Kanal wird schwacher und schwächer, und der Transistor ist wie ein "sauberer Wasserhahn", und der Leckstrom steigt weiter. Das Ergebnis: höherer Stromverbrauch, erhöhte Wärmeerzeugung und zunehmend schwerwiegendere Leistungs Engpässe.

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Daher übernahm Intel 2011 die Führung bei der Einführung der nächsten Generation der Transistorarchitektur, Finfet, auch als Fin-Feldeffekttransistor bekannt. Seine Struktur sieht aus wie die Flossen eines Fisches, daher der Name Finfet.

Sie können es sich als einen Elektronenkanal vorstellen, der früher in eine Flosse "flach auf dem Boden liegen", und das Tor bedeckt nicht mehr nur die Oberseite, sondern um den Kanal von beiden Seiten oder sogar drei Seiten.

Diese dreidimensionale Struktur, die eine flossenähnliche 3D-Struktur verwendet, um den Kontaktbereich zu erhöhen, verbessert die Fähigkeit des Gate, die Elektronen zu steuern, erheblich. Das Ergebnis: weniger Leckage, weniger Stromverbrauch, die Fähigkeit, Transistoren zu verkleinern, und das Gesetz von Moore geht weiter.

Aber Finfets sind nicht ohne ihre Grenzen. Als sich der Prozess 5 nm näherte, traf er auch einen Engpass. Das Wichtigste ist, dass die Flossenbreite festgelegt ist und nicht flexibel angepasst werden kann. Als wir jedoch versuchten, die Flossen dünner und kleiner zu machen, um fortgeschrittenere Prozesse aufzunehmen, nahm die Herstellungsschwierigkeit dramatisch zu, und Rendite, Zuverlässigkeit und Konsistenz begann in Frage zu stellen. Mit anderen Worten, die "Flossen" von Finknacken sind zu dünn und spröde geworden, um der Komplexität der zukünftigen nanoskaligen Skalierung standzuhalten.

Daher wurde Gaafet in diesem Zusammenhang entstanden. Der größte Unterschied zu Finfets besteht darin, dass Gaafet den Kanal in einen sehr dünnen Nanodraht verwandelt und dann das Tor vollständig von allen vier Seiten wickelt - oben, unten, links und rechts. Auf diese Weise hat das Tor eine stärkere Fähigkeit, den Strom zu steuern, und es werden fast 360 Grad elektrischer Feldsteuerung ohne tote Winkel erreicht. Dies ermöglicht es dem Transistor, auch bei kleinerer Größe "auszuschalten", wodurch der Leckstrom dramatisch reduziert wird, wodurch er ideal für Verfahrensknoten unter 5 nm ist.

Obwohl die "Nanodrähte" von Gaafets gut kontrolliert sind, sind sie auch zu dünn und haben eine schwache Fähigkeit, Strom zu bestehen, was dem aktuellen Antrieb von Hochleistungs-Chips nicht förderlich ist, was seine Leistung in einigen hochfrequenten oder hochladenden Szenarien einschränkt.

Infolgedessen wurde eine neue Generation von Strukturen vorgeschlagen-MBCFets ™, auch als Multi-Bridge-Kanaltransistoren bekannt.

Die Kernidee besteht darin, die Nanodrähte in Schichten von "Nanoblättern" zu "übertragen" und sie dann horizontal zu stapeln, um mehrere Kanäle wie Bausteine zu bilden. Jede Schicht von Nanoblättern ist von einem Tor umgeben, das nicht nur die starke Kontrollfähigkeit von GAA behält, sondern auch die Leitfähigkeit und den Strom weiter verbessert.

Darüber hinaus ist die Kanalbreite von MBCFets ™ einstellbar und ermöglicht flexible Kompromisse zwischen Leistung und Stromverbrauch basierend auf den Entwurfsbedürfnissen, was bei Finfets nicht möglich ist.