隨著制程工藝不斷接近物理極限,雖然芯片行業(yè)還在努力跟上摩爾定律,但除了制程工藝放緩之外,架構(gòu)設(shè)計(jì)同樣至關(guān)重要。得益于從平面型晶體管到鰭式場(chǎng)效應(yīng)管的過渡,芯片性能在過去10年的提升還能勉強(qiáng)跟上摩爾定律。
從2012年發(fā)布第一代22nm制程工藝開始, 鰭式場(chǎng)效應(yīng)管(FinFET)晶體管結(jié)構(gòu)在半導(dǎo)體上已經(jīng)使用接近9年時(shí)間,F(xiàn)inFET晶體管還將在未來幾年繼續(xù)扮演重要的角色。業(yè)界看好下一代環(huán)繞柵極晶體管(GAAFET)在3nm及更先進(jìn)制程上的應(yīng)用,但使用全新的晶體管構(gòu)型的代價(jià)非常巨大。
外媒指出,盡管臺(tái)積電和三星兩大晶圓代工廠在7nm或5nm工藝節(jié)點(diǎn)上提供龐大的產(chǎn)能,但臺(tái)積電(TSMC)、三星(SANSUNG)和英特爾(Intel)正在努力攻克基于環(huán)繞柵極晶體管(GAA)技術(shù)的3nm和2nm工藝節(jié)點(diǎn)。
據(jù)了解,GAAFET可以帶來更好的可擴(kuò)展性、更快的開關(guān)時(shí)間、更優(yōu)的驅(qū)動(dòng)電流以及更低的泄露。只是工藝成熟的FinFET依然是半導(dǎo)體廠商關(guān)注的核心,包括臺(tái)積電暫緩在5nm工藝上使用GAAFET,仍使用FinFET晶體管。但在臺(tái)積電2020年研討會(huì)上,其宣稱N3技術(shù)可在提升50%性能的同時(shí)降低30%功耗,工藝密度是N5的1.7倍。
早前消息稱,臺(tái)積電計(jì)劃在2024年前做好量產(chǎn)2nm制程的量產(chǎn),前提是將借助久經(jīng)考驗(yàn)的、更可預(yù)測(cè)的工藝節(jié)點(diǎn),臺(tái)積電有充足時(shí)間去檢驗(yàn)GAA-FET在2nm節(jié)點(diǎn)下的應(yīng)用前景。Semiconductor Engineering稱三星和英特爾也在努力實(shí)現(xiàn)從3nm到2nm工藝節(jié)點(diǎn)的過渡,三星有望在2022年底前完成。TechSpot指出,GAAFET有諸多類型,目前已知的是三星將采用基于納米片的多橋溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管(簡(jiǎn)稱MBC-FET)的方案。
三星的MBC-FET可視作FinFET的側(cè)面翻轉(zhuǎn),特點(diǎn)是將柵極包括于襯底上生長(zhǎng)的納米硅片,而英特爾披露將于2025年采用基于“納米絲帶”(nanoribbons)的類似方案。在接替鮑勃·斯旺(Bob Swan)的新任CEO帕特·基辛格(Pat Gelsinger)的帶領(lǐng)下,英特爾或許能夠加速向新工藝的轉(zhuǎn)進(jìn)。
此外,在FinFET和GAAFET攜手并進(jìn)的同時(shí),芯片制造商還可能動(dòng)用鍺(Ge)、銻化鎵(GaSb)、砷化銦(AsIn)等具有高遷移率特性的半導(dǎo)體材料。
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