„Finfet vs Mosfet“: kodėl 3D tranzistoriai dominuoja šiuolaikiniame lusto dizaine

„FinFET“ technologija yra pagrindinė tranzistoriaus architektūros evoliucija, leidžianti nuolatinį puslaidininkių mastelį, viršijantį tradicinius plokštuminius dizainus.„FinFets“, pasižymintis 3D formos peleko formos kanalu, padidina vartų valdymą, sumažina nuotėkį ir pagerina našumą tokiuose patobulintuose mazguose kaip 7 nm ir 5 nm.Šiame straipsnyje nagrinėjamos „FinFET“ struktūros, materialinės naujovės, tokios kaip įtemptas germanis, ir gamybos iššūkiai, kartu analizuojant jų pranašumus, palyginti su senais tranzistoriais.Taip pat aptariamos ateities tendencijos, įskaitant „Gate-All-Around“ (GAA) dizainus, pabrėžiant kelią į priekį nanoskalės tranzistoriaus plėtrai.

Katalogas

Gilus „FinFET“ technologijos tyrimas

„Finfet“, sutrumpintai iš „Fin Field“ efekto tranzistoriaus, simbolizuoja nepaprastą puslaidininkių technologijos šuolį, kurį konceptuavo profesorius Chenmingas Hu ir jo komanda UC Berkeley.Atskirai skiriasi nuo tradicinių plokštuminių MOSFET, „FinFets“ pasižymi trijų matmenų kanalo struktūra, primenančiu „Fin“, kuris strategiškai sustiprina vartų aprėptį, kad pagerintų kanalo valdymą.Ši novatoriška konfigūracija efektyviai sumažina trumpojo kanalo efektus ir iš esmės sumažina nuotėkio srovę.Tai taip pat padidina grandinės našumą per patobulintą nešiklio mobilumą, visa tai pasiekdamas nepasikliaudamas per dideliu kanalo dopingu.

Finfet struktūrinės charakteristikos

„FinFET“ architektūra išsiskiria dėl novatoriško peleko formos kanalo, kurį visiškai supa vartai, sustiprinanti elektros valdymą ir lengvinant nepageidaujamas nuotėkio sroves.Šis dizainas įveikia kelis tradicinių plokštuminių tranzistorių trūkumus.Patobulintas kanalo srovės valdymas iš kelių pusių palengvina įrenginio mastelį, todėl „FinFets“ yra išskirtinai tinkami pažangioms elektroninėms programoms.Už šios techninės pažangos slypi tikslumas ir patikimumas, nesugebu gailėti naujovių.

Diferencijuojantys SOI ir birios spalvos pelekai

„FinFets“ klasifikuojami pagal jų substrato medžiagą: silicio ant-izoliatoriaus (SOI) „Finfets“

ir birių pelekų.Kiekvienas tipas siūlo atskirus atributus, pritaikytus tam tikroms programoms, atspindi žmogaus polinkį pritaikyti, kad atitiktų įvairius poreikius.

Soi Finfets

„Soi Finfets“ patrauklumas slypi jų sumažėjusioje jungiamojoje talpoje, kuri dažnai reiškia greitesnį perjungimo greitį ir padidėjusį našumą aukšto dažnio srityse.Mažesnis dopingo lygis puslaidininkio kanale padidina nešiklio mobilumą ir dar labiau padidina greitį.Tačiau efektyvus šiluminis valdymas tampa labai svarbus, nes SOI Finfets susiduria su iššūkiais skleidžiant šilumą.Ši šiluminė problema gali turėti įtakos patikimumui ir našumui, ypač grandinėse, kurios reikalauja intensyvaus apdorojimo - priminimas apie nuolatinį inžinerinį pusiausvyrą tarp našumo ir galimo pavojaus.

Birių pelekų

Didžiuliai pelekai primena savo kolegas iš SOI parazitiniu pasipriešinimu ir talpumu, tačiau gali pasigirti puikiu šilumos išsklaidymu.Šis atributas padidina jų tvirtumą aplinkoje, kurioje šiluminės problemos laikui bėgant gali pakenkti našumui.Pasirinkimas tarp SOI ir birių „Finfets“ reiškia, kad našumo efektyvumas yra skirtas atsižvelgiant į šiluminius požymius, ir tai reiškia, kad žmogaus polinkis sverti privalumus ir trūkumus apgalvotai.

„FinFET“ programos

Naujausi įtemptų germanio kvantinių šulinių kanalų patobulinimai parodė, kad P tipo pelekų lauko efekto tranzistoriai (FINFET), naudojant trijų vartų struktūras, yra perspektyvūs kandidatai į nuolatinį CMOS mastelį, ypač 7 nm ir 5 nm mazgams.

Praktiniame puslaidininkių apdorojime inžinieriai, dirbantys su 90NM CMOS mazgais, vis labiau įterpė silicio ir vokiečio (SIGE) į šaltinio ir kanalizacijos regionus.Šis požiūris sukuria vienašališką įtampą kanalo regione, o tai pagerina nešiklio mobilumą, ypač P tipo MOSFET.Tačiau kai prietaiso matmenys susitraukia, efektyvios deformacijos palaikymas tampa sudėtingas.Galima plotas padermių inžinerijai šaltiniuose ir kanalizacijos regionuose dabar yra labai ribota.Inžinieriai, dirbantys su „FinFET“ miniatiūrizavimu, dažnai susiduria su sunkumais išsaugoti didelį mobilumą, tuo pačiu plonėjant pelekams toliau dėl mechaninių ir struktūrinių apribojimų.

Norint išspręsti šį suvaržymą, tiesioginė aukštos deformacijos medžiagų integracija į patį kanalą tapo labiau keičiamu ir praktiniu sprendimu.Užuot dar labiau sumažinę pelekų matmenis ar pasikliaujant vien S/D sankryžų įtempimu, didelio judesio medžiagos įterpimas tiesiai į kanalą gali išlaikyti našumą, tuo pačiu sumažinant dydį.

Pagrindinį proveržį įvyko IMEC (Belgijos mikroelektronikos tyrimų centro) tyrimų komanda, kuri sėkmingai užaugo labai įtemptais germanio kanalais ant atsipalaidavusių silicio-Germanio buferinių sluoksnių.Faktiškai pagaminant, įtemptas germanis pasižymi didesniu skylių mobilumu, kuris tiesiogiai prisideda prie geresnių srovės pavaros galimybių P tipo finfets.Be to, naudojant pelekų pakeitimo procesą galima tiksliai apibrėžti pelekų struktūrą po epitaksinio augimo, todėl jis yra suderinamas su standartiniais silicio procesais ir palengvinant monolitinę integraciją.

Išmatuoti šių prietaisų rezultatai pabrėžia jų efektyvumą.Tipiškas įtemptas germanio p-kanalo „Finfet“, pastatytas ant silicio ir vokoninio voko buferio, pasiekia didžiausią 1,3 ms/μm transkonduktyvumą, esant 0,5 V kanalizacijos šaltinio paklaidai.Ši vertė yra žymiai didesnė nei „FinFET“, naudojant atsipalaidavusius germanio kanalus.Be to, vartų ilgį galima sumažinti iki 60 nm, išlaikant stiprią trumpojo kanalo valdymą.Įrenginiai taip pat parodo patobulintą paslėpto slenksčio nuolydį, atspindintį padidėjusį perjungimo elgseną ir geresnį elektrostatinį vientisumą.

„FinFET“ pranašumai, palyginti su tradiciniais tranzistoriais

Patobulintas vartų valdymas ir energijos vartojimo efektyvumas

„Finfets“, turinčios išskirtinę 3D architektūrą, turi daugybę pranašumų, palyginti su plokštuminiais tranzistoriais.Novatoriškas dizainas suteikia tvirtesnį vartų valdymą kanale, mažinant dopanto išsibarstymą per lengvesnį kanalo dopingą ir padidinantį nešiklio mobilumą.Patobulintas vartų valdymas leidžia naudoti storesnius vartų oksidus, sutrumpinti vartų nuotėkį ir skatinti nepaprastas energijos taupymas.Tokie patobulinimai labai rezonuoja, nes „Tech World“ nuožmiai siekia energijos taupymo būdų.„FinFET“ priėmimas šiuolaikinėje mikroschemų gamyboje pasinaudoja esamais CMOS procesais, užtikrinant skysčių perėjimus ir besivystančias gamybos metodikas.

Subrendo nutekėjimo sumažinimas ir integracija

Išsiskiria pastebimas požymio nuotėkio srovės mažėjimas, leidžiantis gaminti aukštos kokybės, mažos galios įtaisus.Ši „FinFets“ savybė išsprendžia didžiules kliūtis mikroschemų gamyboje, kur nuotėkio valdymas yra esminis dalykas užtikrinant įrenginio patikimumą ir funkcionalumą.Dėl to „Finfets“ išaugo į svarbą, užtikrinant neprilygstamą tikslumą ir patikimumą nuotėkio srovės valdyme.Jų įsitraukimas į vyraujančius CMOS procesus pabrėžia jų pritaikomumą, siūlant naujas dizaino paradigmas, atspindinčias nuolatines puslaidininkių pažangą.

Dabartinės „FinFET“ technologijos naujovės ir būsimi pokyčiai

Nuo „Intel“ debiutavo „Finfets“ 22 nm mazge, pastangos buvo sutelktos į P tipo dopingo optimizavimą silicio germaniume, kad padidintų našumą.Kadangi šiuolaikiniai „Finfets“ pasineria į mazgus, esančius žemiau 5 nm, mastelio keitimas yra kliūtys, kai pavaros srovė ir elektrostatinis meistriškumas tampa dideliais iššūkiais.Atsirandantys dizainai, tokie kaip „Gate-All-Around“ (GAA) tranzistoriai, rodo pažadą išlaikyti mastelio tęstinumą, užtikrinant padidintą kanalo valdymą.Šiuose dizainuose naudojami sukrauti nanoflakai ar nanodaleliai, atkreipdami dėmesį į daugybę esamų apribojimų, kartu paruošdami kelią būsimiems proceso mazgams.

Tranzistoriaus miniatiūrizacijos iššūkiai

Per visą istoriją mažėjantys plokštuminiai tranzistoriaus matmenys dažnai davė geresnę galią, našumą, plotą ir kainą (PPAC) metriką.Tačiau nanoskalės srityje šis padidėjimas mažėja.„FinFET“ matmenys riboja dabartinį diskusiją ir kontrolę, ragindami novatoriškas strategijas išlaikyti efektyvumą ir našumą.GAA struktūros rodo potencialą, visiškai uždengdamas kanalą vartuose, optimizuodami mastelio keitimą, nors jie taip pat sukelia gamybos ir materialinius iššūkius.Realaus pasaulio gamybos patirtis rodo, kad tikslumas ir nauja medžiagos integracija dažnai formuoja sėkmės rezultatus.

Perėjimas iš pelekų prie nanosheets

GAA įrenginiai naudoja vertikaliai sukrautus nanosheets, visiškai supančius kanalą su vartais.Šis išdėstymas pagerina dabartinę valdymą ir našumą, nesikreipdamas į kelis sukrautus pelekus.Nanošetų mastelio pasiekimas, kad atitiktų našumo metriką, reikalauja pažangos medžiagų moksluose ir proceso technologijose.Pavyzdžiui, praktiniai pritaikymai parodė, kad „Nanosheet“ sudedant reikia kruopštaus derinimo, kad būtų galima pasiekti konkrečius veiklos tikslus, pabrėžti nuolatinių naujovių esmę šioje srityje.

Naršyti gamybos iššūkius

GAA tranzistorių kūrimas apima sudėtingų daugiasluoksnių konstrukcijų kūrimą, reikalaujant novatoriškų procesų ir medžiagų.Iššūkiai, su kuriais susiduria gamintojai, apima tikslumą, dielektrinę integraciją ir metalo vartų įtraukimą.Vyksta naujų metalų, tokių kaip kobaltas, rutenis ir įvairūs lydiniai, tyrimai, skirti pritaikyti būsimas technologijas.Pramonės įžvalgos rodo, kad klestėjimas šiose dimensijose dažnai priklauso nuo griežto proceso kontrolės ir medžiagų suderinamumo, pabrėžiant išsamius tyrimus ir plėtrą.

Tobulėjimas link visuotinio GAA priėmimo

Tikimasi, kad GAA technologija, turinčia pritaikomus ir keičiamus pranašumus, pakeis „FinFET“ pažengusiuose mazguose, skatinant persiųsti kompiuterių įrenginių ir išmaniųjų sistemų eigą.Šis poslinkis žymi didelę tranzistoriaus dizaino pažangą, žadant potencialiai transformacinį poveikį technologijoms ir vartotojų patirčiai.Plačiai paplitusi GAA tranzistorių integracija iliustruoja pramonės tendenciją į sudėtingesnius ir niuansuotesnius dizainus, pritaikytus patenkinti didėjančius geresnių rezultatų ir efektyvumo reikalavimus.

Dažnai užduodami klausimai [DUK]

1. Kokiomis programomis dažniausiai įgyvendinamos „FinFets“?

„FinFET“ technologija randa savo vietą įvairiuose elektroninių prietaisų, tokių kaip asmeniniai kompiuteriai, planšetiniai kompiuteriai, išmanieji telefonai ir net automobilių sistemas, rinkinį.Šie pelekai sustiprina elektrines galimybes, kurios yra gyvybiškai svarbios sklandžiam šių sudėtingų mašinų, su kuriomis mes bendraujame kasdien.Pramonė pamažu patraukė link „Finfets“, atpažindama jų galios ir veiklos optimizavimo stipriąsias puses.Inžinieriai ypač atkreipia dėmesį į jų sugebėjimą padidinti dabartinį diską ir išlaikyti mastelį, suderindami su nuolat kintančiais technologijos poreikiais.

2. Kokie skirtumai tarp „Finfets“ ir „Mosfets“?

„Finfets“ išsiskiria iš įprastų plokštuminių MOSFET, pakeldami laidumo kanalą, leisdami vartams valdyti tris puses, o ne tik vieną.Ši išskirtinė architektūra žymiai sumažina galios nutekėjimą, tuo pačiu padidindama našumą.Galutiniams vartotojams šis struktūrinis pokytis lemia ilgesnį nešiojamųjų prietaisų akumuliatorių veikimo laiką ir greitesnes apdorojimo galimybes, atitinkančias didėjantį energiją taupančios ir greitos technologijos pasirinkimą.

3. Kas skatina „FinFET“ technologijos svarbą?

„FinFET“ technologija gali suteikti didesnes pavaros sroves, nereikia padidinti įrenginio, palengvindamas greitesnes ir daugiau jėgos sąmoningų operacijų.Šis technologinis žingsnis į priekį nagrinėja nuolatines problemas, tokias kaip atsitiktiniai Dopanto variantai, pastebėti dideliuose balionuose, paruošti naują kelią, skirtą gaminti puslaidininkius, turinčius sustiprintą patikimumą ir nuspėjamumą.Šis tobulėjimas buvo svarbus kuriant lustus, kurie gali palaikyti nepaprastai sudėtingus pritaikymus, darant įtaką sritims nuo vartojimo elektronikos iki pažangių automobilių sistemų, kur našumo nuoseklumas išlieka labai svarbus.

4. Kurie asmenys buvo „Finfet“ plėtros priešakyje?

Novatoriškai „FinFet“ plėtros kelionei vadovavo vizionierių grupė Kalifornijos universitete, Berkeley.Ši komanda, kurioje vaidina Chenming Hu, Tsu-Jae „King-Liu“ ir Jeffrey Bokor, padarė didelę įtaką puslaidininkių technologijoms, dirbdama savo darbu prie „Fin“ panašaus dizaino.Jų įnašai pabrėžia svarbų vaidmenį akademinėje aplinkoje, kuria puoselėjant pažangą, kuri perteikia pramonės normas.

5. Kokie pažanga yra ne tik „Finfet“ technologijos?

Žvelgiant į priekį, „Gate-All-Around“ (GAA) tranzistorius iškyla kaip perspektyvi evoliucija praeityje „Finfet“, pateikdamas išsamesnio kanalo vartų metodą, siekiant sustiprinti tranzistoriaus komandą ir efektyvumą.Taip pat rodo papildomos kylančios technologijos, tokios kaip III-V Finfets ir vertikalūs nanovieliai.Šios į ateitį orientuotos naujovės siūlo įdomias perspektyvas, skirtas sumažinti dydį, pagerinti energijos efektyvumą ir našumą, potencialiai pakeisti puslaidininkių sritį.Jie žada formuoti naujos kartos elektroninius prietaisus, suteikdami naujų galimybių aukštos kokybės, energijos taupymo įrenginių gamybos srityje.