Utvecklingen av transistorer från Planar Fets till MBCFETS ™

Chiptillverkningsprocessen har flyttat från mikronnivån till 2nm -eran, och transistorarkitekturen har genomgått fyra viktiga utvecklingar från plana FET till MBCFET ™. Det är inte bara en formförändring, det är en utmaning för fysikens gränser. Från plana transistorer till MBCFETs ™, vilka fysiska flaskhalsar har lösts av varje arkitekturutveckling?

De ursprungliga plana FET: erna var tvådimensionella plana strukturer, även kända som plana fälteffekttransistorer. Dess struktur är enkel: den elektroniska kanalen "ligger" på ytan av kiselskivan, medan grinden är täckt ovanför kanalen, och hela strömflödet utförs horisontellt på ytan av skivan.

0020-27113 Clamp Ring 6 SMF TI

Denna design föddes på 60 -talet av förra seklet och blev snabbt mainstream. Det utgjorde grunden för den första generationen av LSI och presterade mycket bra och var mycket mogen i tillverkningen vid processnoderna över 90 nanometer. Men problemet uppstår efter att processen fortsätter att skalas upp. Speciellt under 28 nanometrar börjar den korta kanaleffekten intensifieras, grindens kontroll över kanalen blir svagare och svagare, och transistorn är som en "ren kran", och läckströmmen fortsätter att stiga. Resultatet: högre kraftförbrukning, ökad värmeproduktion och allt svårare prestanda flaskhalsar.

0021-12887 8 "Klämring

Så 2011 tog Intel ledningen när han introducerade nästa generation av transistorarkitektur, Finfet, även känd som Fin Field-Effect Transistor. Dess struktur ser ut som fenorna på en fisk, därmed namnet Finfet.

Du kan tänka på det som att vända en elektronkanal som brukade "ligga platt på marken" till en fen, och grinden täcker inte längre toppen, utan lindar kanalen från båda sidor eller till och med tre sidor.

Denna tredimensionella struktur, som använder en finliknande 3D-struktur för att öka kontaktområdet, förbättrar grindens förmåga att kontrollera elektronerna kraftigt. Resultatet: mindre läckage, mindre kraftförbrukning, förmågan att krympa transistorer och Moores lag fortsätter.

Men Finfets är inte utan deras begränsningar. När processen närmade sig 5Nm träffade den också en flaskhals. Det viktigaste är att finbredden är fixerad och inte kan justeras flexibelt. Men när vi försökte göra fenorna tunnare och mindre för att rymma mer avancerade processer, ökade tillverkningssvårigheterna dramatiskt och avkastning, tillförlitlighet och konsistens började utmanas. Med andra ord har "fenorna" av Finfets blivit för tunna och spröda för att motstå komplexiteten i framtida nanoskala skalning.

Därför kom Gaafet till i detta sammanhang. Den största skillnaden med Finfets är att Gaafet förvandlar kanalen till en mycket tunn nanowire och sedan har grinden att linda den helt från alla fyra sidor - topp, botten, vänster och höger. På detta sätt har porten en starkare förmåga att kontrollera strömmen, och nästan 360 grader elektrisk fältkontroll utan döda vinklar uppnås. Detta gör det möjligt för transistorn att "stänga av" även i en mindre storlek, vilket dramatiskt minskar läckströmmen, vilket gör den idealisk för sub-5nm processnoder.

Även om Gaafets "nanotrådar" är väl kontrollerade, är de också för tunna och har en svag förmåga att passera ström, vilket inte bidrar till den nuvarande drivkraften för högpresterande chips, vilket begränsar dess prestanda i vissa högfrekventa eller högbelastade scenarier.

Som ett resultat föreslogs en ny generation av strukturer-MBCFETS ™, även känd som Multi-Bridge Channel Transistors.

Kärnidén är att "platta" nanotrådarna i lager av "nanoskivor" och sedan stapla dem horisontellt för att bilda flera kanaler som byggstenar. Varje lager av nanoskiv är omgiven av en grind, som inte bara behåller GAA: s starka kontrollförmåga, utan förbättrar också ledningsförmågan och drivkraften.

Dessutom är kanalbredden för MBCFETS ™ justerbar, vilket möjliggör flexibla avvägningar mellan prestanda och kraftförbrukning baserat på designbehov, vilket inte är möjligt med FINFETS.