Transistoride areng tasapinnalistest FET -lt MBCFETS ™

CHIP -i tootmisprotsess on liikunud mikronitasandilt 2NM -i ajastule ja transistori arhitektuur on läbi teinud neli peamist arengut tasapinnast FET -ist MBCFET ™. See pole lihtsalt kuju muutmine, vaid ka füüsika piiride väljakutse. Millised füüsilised kitsaskohad on iga arhitektuuri evolutsiooni abil lahendatud tasapinnaliste transistorideni MBCFETS ™ -i?

Algsed tasapinnalised FET-id olid kahemõõtmelised tasapinnalised struktuurid, tuntud ka kui tasapinnalised välja-efektide transistorid. Selle struktuur on lihtne: elektrooniline kanal "lamab" räni vahvli pinnal, samal ajal kui värav on kaetud kanali kohal ja kogu vooluvool viiakse horisontaalselt läbi vahvli pinnale.

0020-27113 klambrirõngas 6 SMF Ti

See disain sündis eelmise sajandi 60ndatel ja sai kiiresti peavooluks. See moodustas LSI -de esimese põlvkonna aluse ja toimis väga hästi ning oli väga küps protsessisõlmedes üle 90 nanomeetrit. Kuid probleem tekib pärast seda, kui protsess on jätkuvalt suurenenud. Eriti alla 28 nanomeetrit hakkab lühikese kanali efekt intensiivistuma, värava juhtimine kanali üle muutub nõrgemaks ning transistor on nagu "puhas kraan" ja lekkevool tõuseb jätkuvalt. Tulemus: suurem energiatarve, suurenenud soojuse genereerimine ja üha raskemad jõudluskilfid.

0021-12887 8 "klambrirõngas

Nii asus Intel 2011. aastal juhtima järgmise põlvkonna transistori arhitektuuri FinFet, tuntud ka kui Fin Field-efekti transistor. Selle struktuur näeb välja nagu kala uimed, seega nimi Finfet.

Võite seda mõelda kui elektronikanali keeramist, mis varem "lamab maapinnal" uimeks, ja värav ei kata enam lihtsalt ülaosa, vaid ümbritseb kanalit mõlemalt küljelt või isegi kolmelt küljelt.

See kolmemõõtmeline struktuur, mis kasutab kontaktpinna suurendamiseks fin-laadset 3D-struktuuri, suurendab oluliselt värava võimet elektrone juhtida. Tulemus: väiksem leke, vähem energiatarbimist, transistoride kokkutõmbumise võime ja Moore'i seadus jätkub.

Kuid FinFets ei ole ilma nende piiranguteta. Kui protsess lähenes 5NM -ile, tabas see ka kitsaskohta. Kõige olulisem on see, et uime laius on fikseeritud ja seda ei saa paindlikult reguleerida. Kui üritasime uimed õhemaks ja väiksemaks muuta, et mahutada keerukamaid protsesse, suurenes tootmisraskused dramaatiliselt ning saagikus, töökindlus ja järjepidevus hakati vaidlustama. Teisisõnu, FinFetsi "uimed" on muutunud liiga õhukeseks ja rabedaks, et taluda tulevase nanomõõtme skaleerimise keerukust.

Seetõttu tekkis Gaafet selles kontekstis. Suurim erinevus FinFetsiga on see, et Gaafet muudab kanali väga õhukeseks nanojuhtmeks ja siis on värav see täielikult kõigist neljast küljest - üla-, vasakult, vasakul ja paremal. Sel viisil on väraval tugevam võime voolu kontrollida ja saavutatakse peaaegu 360 kraadi elektrivälja juhtimist ilma surnud nurkadeta. See võimaldab transistoril "välja lülitada" isegi väiksema suurusega, vähendades dramaatiliselt lekkevoolu, muutes selle ideaalseks alam-5NM protsessisõlmede jaoks.

Ehkki Gaafeti "nanojuhtmed" on hästi kontrollitud, on need ka liiga õhukesed ja neil on nõrk võime voolu läbimiseks, mis ei soodusta suure jõudlusega laastude praegust ajendit, piirates selle jõudlust mõne kõrgsageduse või kõrge koormusega stsenaariumide korral.

Selle tulemusel pakuti välja uus põlvkond struktuure-MBCFETS ™, tuntud ka kui mitme silla kanali transistorid.

Põhiidee on nanojuhtmed "nanokettide" kihtideks ja seejärel horisontaalselt virnastada, et moodustada mitu kanalit, näiteks ehitusplokid. Iga nanokettide kihti ümbritseb värav, mis mitte ainult ei säilita GAA tugevat juhtimisvõimet, vaid parandab veelgi juhtivust ja ajami voolu.

Veelgi enam, MBCFETS ™ kanali laius on reguleeritav, mis võimaldab jõudluse ja energiatarbimise vahel paindlikke kompromissid, mis põhineb disainivajadustel, mis pole FinFetsi puhul võimalik.