Sự phát triển của các bóng bán dẫn từ Fets Planar sang MBCFETS ™

Quá trình sản xuất chip đã chuyển từ cấp Micron sang thời kỳ 2nm và kiến trúc bóng bán dẫn đã trải qua bốn tiến hóa chính từ Planar FET đến MBCFET ™. Nó không chỉ là một sự thay đổi hình dạng, nó là một thách thức đối với các giới hạn của vật lý. Từ các bóng bán dẫn phẳng đến MBCFETS ™, những tắc nghẽn vật lý nào đã được giải quyết bằng mỗi quá trình tiến hóa kiến trúc?

Các fet phẳng ban đầu là các cấu trúc phẳng hai chiều, còn được gọi là bóng bán dẫn hiệu ứng trường phẳng. Cấu trúc của nó rất đơn giản: Kênh điện tử là "nằm" trên bề mặt của wafer silicon, trong khi cổng được bao phủ phía trên kênh và toàn bộ dòng điện được thực hiện theo chiều ngang trên bề mặt của wafer.

0020-27113 Vòng kẹp 6 SMF TI

Thiết kế này được sinh ra vào những năm 60 của thế kỷ trước và nhanh chóng trở thành chủ đạo. Nó hình thành cơ sở của thế hệ LSI đầu tiên và hoạt động rất tốt và rất trưởng thành trong việc sản xuất tại các nút quy trình trên 90 nanomet. Nhưng vấn đề phát sinh sau khi quá trình tiếp tục được mở rộng. Đặc biệt dưới 28 nanomet, hiệu ứng kênh ngắn bắt đầu tăng cường, sự kiểm soát của cổng đối với kênh trở nên yếu hơn và yếu hơn, và bóng bán dẫn giống như một "vòi sạch" và dòng rò tiếp tục tăng. Kết quả: mức tiêu thụ năng lượng cao hơn, tăng nhiệt và các tắc nghẽn hiệu suất ngày càng nghiêm trọng.

0021-12887 8 "vòng kẹp

Vì vậy, vào năm 2011, Intel đã dẫn đầu trong việc giới thiệu thế hệ kiến trúc bóng bán dẫn tiếp theo, Finfet, còn được gọi là bóng bán dẫn hiệu ứng trường FIN. Cấu trúc của nó trông giống như vây của một con cá, do đó cái tên Finfet.

Bạn có thể nghĩ về nó như là biến một kênh electron từng "nằm thẳng trên mặt đất" thành một cái vây, và cổng không còn chỉ bao phủ trên cùng, mà quấn kênh từ cả hai bên hoặc thậm chí ba mặt.

Cấu trúc ba chiều này, sử dụng cấu trúc 3D giống như FIN để tăng diện tích tiếp xúc, giúp tăng cường đáng kể khả năng của cổng để điều khiển các electron. Kết quả: ít rò rỉ hơn, tiêu thụ năng lượng ít hơn, khả năng thu hẹp bóng bán dẫn và luật của Moore tiếp tục.

Nhưng finfets không phải là không có giới hạn của họ. Khi quá trình tiếp cận 5nm, nó cũng đánh một nút cổ chai. Điều quan trọng nhất là chiều rộng vây được cố định và không thể điều chỉnh linh hoạt. Tuy nhiên, khi chúng tôi cố gắng làm cho vây mỏng hơn và nhỏ hơn để phù hợp với các quy trình nâng cao hơn, độ khó sản xuất tăng lên đáng kể và năng suất, độ tin cậy và tính nhất quán bắt đầu bị thách thức. Nói cách khác, "vây" của finfets đã trở nên quá mỏng và giòn để chịu được sự phức tạp của tỷ lệ nano trong tương lai.

Do đó, Gaafet ra đời trong bối cảnh này. Sự khác biệt lớn nhất với FinFets là GAAFET biến kênh thành một dây nano rất mỏng và sau đó có cổng bọc hoàn toàn từ cả bốn phía - trên, dưới, trái và phải. Theo cách này, cổng có khả năng điều khiển dòng điện mạnh mẽ hơn và gần 360 độ của điều khiển điện trường mà không đạt được góc chết. Điều này cho phép bóng bán dẫn "tắt" ngay cả ở kích thước nhỏ hơn, làm giảm đáng kể dòng rò, làm cho nó trở nên lý tưởng cho các nút xử lý phụ 5NM.

Tuy nhiên, mặc dù "dây nan" của GAAFET được kiểm soát tốt, nhưng chúng cũng quá mỏng và có khả năng vượt qua dòng điện yếu, điều này không có lợi cho ổ đĩa chip hiệu suất cao hiện tại, hạn chế hiệu suất của nó trong một số kịch bản tần số cao hoặc tải trọng cao.

Kết quả là, một thế hệ cấu trúc mới đã được đề xuất-MBCFETS ™, còn được gọi là bóng bán dẫn kênh nhiều Bridge.

Ý tưởng cốt lõi là "làm phẳng" các dây nano thành các lớp "nanosheets", và sau đó xếp chúng theo chiều ngang để tạo thành nhiều kênh như xây dựng các khối. Mỗi lớp nanosheets được bao quanh bởi một cổng, không chỉ giữ lại khả năng kiểm soát mạnh mẽ của GAA, mà còn cải thiện hơn nữa độ dẫn và dòng điện.

Hơn nữa, chiều rộng kênh của MBCFETS ™ có thể điều chỉnh được, cho phép sự đánh đổi linh hoạt giữa hiệu suất và mức tiêu thụ năng lượng dựa trên nhu cầu thiết kế, điều này là không thể với FinFets.