晶體管縮放的難題

 

在每個技術節點，設備製造商可以通過縮小晶體管的方法來降低器件麵積、成本和功耗並實現性能提升
，這種方式也稱為PPAC（功率、性能、麵積、成本）縮放。然而
，進一步減小FinFET的尺寸卻會限製驅動電流和靜電控製能力。

 

在平麵晶體管中
，可以通過增加通道寬度來驅動更多電流並提升接通與斷開的速度。然而，隨著CMOS設計的發展，標準單元的軌道高度不斷降低
，這就導致“鰭”的尺寸受到限製，而基於5nm以下節點製造的單鰭器件將會無法提供足夠的驅動電流。

 

此外，雖然“鰭”的(de)三(san)麵(mian)均(jun)受(shou)柵(zha)極(ji)控(kong)製(zhi)，但(dan)仍(reng)有(you)一(yi)側(ce)是(shi)不(bu)受(shou)控(kong)的(de)。隨(sui)著(zhe)柵(zha)極(ji)長(chang)度(du)的(de)縮(suo)短(duan)，短(duan)溝(gou)道(dao)效(xiao)應(ying)就(jiu)會(hui)更(geng)明(ming)顯(xian)
，也(ye)會(hui)有(you)更(geng)多(duo)電(dian)流(liu)通(tong)過(guo)器(qi)件(jian)底(di)部(bu)無(wu)接(jie)觸(chu)的(de)部(bu)分(fen)泄(xie)露(lu)。因(yin)此(ci)，更(geng)小(xiao)尺(chi)寸(cun)的(de)器(qi)件(jian)就(jiu)會(hui)無(wu)法(fa)滿(man)足(zu)功(gong)耗(hao)和(he)性(xing)能(neng)要(yao)求(qiu)。

 

用納米薄片代替鰭片

 

全包圍柵極(GAA)shiyizhongjingguogailiangdejingtiguanjiegou，qizhongtongdaodesuoyoumiandouyuzhajijiechu，zheyangjiukeyishixianlianxusuofang。caiyongzhezhongjiegoudejingtiguanjiubeichengweiquanbaoweizhaji(GAA)晶體管，目前已經出現多種該類晶體管的變體。

 

早期的GAA器件使用垂直堆疊納米薄片的方法，即將水平放置的薄片相互分開地置入柵極之中。相對於FinFET，這種方法下的通道更容易控製。而且不同於FinFET必須並排多個鰭片才能提高電流
，GAA晶jing體ti管guan隻zhi需xu多duo垂chui直zhi堆dui疊die幾ji個ge納na米mi薄bo片pian並bing讓rang柵zha極ji包bao裹guo通tong道dao就jiu能neng夠gou獲huo得de更geng強qiang的de載zai流liu能neng力li。這zhe樣yang，隻zhi需xu要yao縮suo放fang這zhe些xie納na米mi薄bo片pian就jiu可ke以yi調tiao整zheng獲huo得de滿man足zu特te定ding性xing能neng要yao求qiu的de晶jing體ti管guan尺chi寸cun。

 

raner，heqipianyiyang
，suizhejishujinbuhetezhengchicunchixujiangdi，bopiandekuanduhejiangeyehuibuduansuojian。dangbopiankuandudadaohehoudujihuxiangdengdechengdushi，zhexienamibopiankanqilaihuigengxiang“納米線”。

 

 

製造方麵的挑戰

 

盡管納米薄片的概念很簡單，但它卻給實際製造帶來了諸多新挑戰，其中有些製造難題源於結構製成，其他則與滿足PPAC縮放目標所需的新材料有關。

 

具體而言，在構建方麵的主要挑戰源於結構的複雜性。要製造GAA晶體管首先需要用Si和SiGe外延層交替構成超晶格並用其作為納米薄片結構的基礎，之後則需要將電介質隔離層沉入內部（用於保護源極/漏極和確定柵極寬度）bingtongguokeshiquchutongdaodexishengceng。quchuxishengcengzhihouliuxiadekongjian，baokuonamipianzhijiandekongjian
，douxuyaoyongdianjiezhihejinshugouchengdezhajitianbu。jinhoudezhajihenkenengyaoshiyongxindejinshucailiao，qizhongguyijingjinrupinggujieduan；釕、鉬
、鎳和各種合金也已被製造商納入考慮範圍之內。

 

 

持續的進步

 

GAA晶體管終將取代FinFET，其中的納米薄片也會逐漸發展成納米線。而GAA結構應該能夠適用於當前已經納入規劃的所有先進工藝節點。

 

從cong最zui早zao的de平ping麵mian結jie構gou開kai始shi
，晶jing體ti管guan架jia構gou已yi經jing取qu得de了le長chang足zu的de進jin步bu並bing有you效xiao推tui動dong了le智zhi能neng互hu聯lian的de大da發fa展zhan，這zhe一yi切qie都dou是shi早zao期qi的de行xing業ye先xian驅qu們men所suo難nan以yi想xiang象xiang的de。隨sui著zhe全quan包bao圍wei柵zha極ji晶jing體ti管guan的de出chu現xian，我wo們men也ye熱re切qie期qi待dai它ta能neng為wei世shi界jie帶dai來lai更geng令ling人ren驚jing歎tan的de終zhong端duan用yong戶hu設she備bei和he功gong能neng。 
（作者：泛林Nerissa Draeger博士）