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          TSMC 揭開納米片晶體管的帷幕 英特爾展示了這些設(shè)備可以走多遠(yuǎn)

          作者: 時間:2024-12-13 來源:IEEE 收藏

          臺積電本周在舊金山舉行的 IEEE 國際電子設(shè)備會議 (IEDM) 上介紹了其下一代晶體管技術(shù)。N2 或 2 納米技術(shù)是這家半導(dǎo)體代工巨頭首次涉足一種新的晶體管架構(gòu),稱為納米片()或全環(huán)繞柵極。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/202412/465504.htm

          三星有制造類似設(shè)備的工藝,和臺積電都預(yù)計在 2025 年生產(chǎn)它們。

          與臺積電目前最先進(jìn)的工藝 N3(3 納米)相比,這項新技術(shù)可將能效提高 15% 或提高 30%,同時將密度提高 15%。

          N2是“四年多的勞動成果”,臺積電研發(fā)和先進(jìn)技術(shù)副總裁Geoffrey Yeap告訴IEDM的工程師。今天的晶體管 FinFET 的核心有一個垂直的硅片。納米片或全環(huán)繞柵極晶體管有一堆狹窄的硅帶。

          這種差異不僅提供了對流經(jīng)器件的電流的更好控制,還允許工程師通過制造更寬或更窄的納米片來生產(chǎn)更多種類的器件。FinFET 只能通過乘以器件中的翅片數(shù)量來提供這種多樣性,例如具有一個、兩個或三個翅片的器件。但納米片為設(shè)計人員提供了介于兩者之間的漸變選擇,例如相當(dāng)于 1.5 個翅片或任何可能更適合特定邏輯電路的東西。

          臺積電的技術(shù)稱為 Nanoflex,允許在同一芯片上使用不同的納米片寬度構(gòu)建不同的邏輯單元。由窄器件制成的邏輯單元可能構(gòu)成芯片上的通用邏輯,而那些具有更寬納米片、能夠驅(qū)動更多電流和更快開關(guān)的邏輯單元將構(gòu)成 CPU 內(nèi)核。

          納米片的靈活性對處理器的主要片上存儲器 SRAM 的影響特別大。幾代以來,這個由 6 個晶體管組成的 key 電路并沒有像其他 logic那樣縮小得那么快。但 N2 似乎打破了這種擴(kuò)展停滯的趨勢,導(dǎo)致了 Yeap 所說的迄今為止最密集的 SRAM 單元:每平方毫米 38 兆比特,或比以前的技術(shù) N3 提高了 11%。N3 僅比自己的前身提高了 6%?!癝RAM 收獲了通往全環(huán)繞門的內(nèi)在收益,”Yeap 說。

          Future Gate-All-Around 晶體管

          雖然臺積電提供了明年晶體管的細(xì)節(jié),但著眼于工業(yè)界能夠?qū)⑵淇s小多長時間。Intel 的答案是:比最初想象的要長。

          “納米片架構(gòu)實際上是晶體管架構(gòu)的最后前沿,”元件研究小組的硅技術(shù)專家 Ashish Agrawal 告訴工程師。即使是未來的互補(bǔ) FET (CFET) 器件,也可能在 2030 年代中期問世,也是由納米片構(gòu)成的。因此,研究人員了解它們的局限性很重要,Agrawal 說。

          “我們還沒有碰壁。這是可行的,這就是證據(jù)......我們正在制造一個非常好的晶體管。— 英特爾的 SANJAY NATARAJAN

          A grainy grey blob with a narrow dark band through the middle

          Intel 證明,柵極長度為 6 納米的晶體管效果很好。英特爾

          英特爾探索了一個關(guān)鍵的縮放因子,即柵極長度,即晶體管源極和漏極之間柵極覆蓋的距離。柵極控制流經(jīng)器件的電流??s小柵極長度對于縮短標(biāo)準(zhǔn)邏輯電路中器件與器件的最小距離至關(guān)重要,由于歷史原因,稱為接觸式多晶間距或 CPP。

          “CPP 縮放主要根據(jù)柵極長度進(jìn)行,但預(yù)計這將停在 10 納米柵極長度,”Agrawal 說。當(dāng)時的想法是,10 納米的柵極長度太短了,除其他問題外,當(dāng)器件應(yīng)該關(guān)閉時,過多的電流會泄漏到器件上。

          “所以我們考慮將 10 納米推到 10 納米以下,”Agrawal 說。英特爾修改了典型的全環(huán)繞柵極結(jié)構(gòu),使該器件只有一個納米片,當(dāng)器件開啟時,電流將流過該納米片。

          通過減薄納米片并修改其周圍的材料,該團(tuán)隊成功生產(chǎn)出一種性能可接受的器件,其柵極長度僅為 6 nm,納米片厚度僅為 3 nm。

          最終,研究人員預(yù)計硅柵極全能器件將達(dá)到擴(kuò)展極限,因此英特爾和其他地方的研究人員一直在努力用二硫化鉬等 2D 半導(dǎo)體取代納米片中的硅。但 6 納米的結(jié)果意味著這些 2D 半導(dǎo)體可能在一段時間內(nèi)不需要。

          “我們沒有碰壁,”Intel Foundry 高級副總裁兼技術(shù)研究總經(jīng)理 Sanjay Natarajan 說?!斑@是可行的,這就是證據(jù)......我們正在制造一個非常不錯的晶體管“,通道長度為 6 納米。

          Light grey rectangles and lines set in a dark grey background. The shapes are large at the top but get smaller as you down




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