7nm, 5nm, 3nm: novi materijali i tranzistori koji će nas odvesti do granica Mooreova zakona

IC oblatna

Na Semicon West 2013, godišnjoj meki za proizvođače čipova i njihove kapitalne proizvođače opreme, Applied Materials detaljno je opisao put koji prelazi 14nm, sve do 3nm, a možda i šire.

Razgovor, koji je održao Adam Brand iz primijenjenih materijala, uglavnom se fokusirao na materijalne i arhitektonske izazove masovne proizvodnje tranzistora na 14 nm i više. U ovom trenutku čini se da je 14nm posljednji čvor gdje će silicij - čak i kada je u obliku peraje (kao u FinFET-ovima) - biti dovoljno debeo da spriječi kvantno tuneliranje i propuštanje vrata.

Duljina tranzistorskih vrata, s vremenom

Duljina tranzistorskih vrata (Lg), s vremenom. Zaravan je bio između 45nm i 28nm, sve dok nije zaživio Intelov 22nm FinFET (tankokanalni tranzistor).

Iznad 14nm, kako prelazimo na 10 i 7nm, bit će potreban novi materijal za peraje - vjerojatno silicij-germanij (SiGe) ili možda samo čisti germanij. SiGe i Ge imaju veću pokretljivost elektrona od Si, što omogućuje niže napone, a time i smanjenje potrošnje energije, tuneliranja i curenja. SiGe se koristi i u komercijalnoj CMOS izradi od kasnih 80-ih, tako da prelazak sa silicija neće biti previše bolan. (Primarni razlog zašto toliko dugo koristimo silicij jest taj što se cijela industrija temelji na siliciju. Količina vremena, novca i istraživanja i razvoja koja bi bila potrebna za postavljanje novih strojeva za rukovanje novim materijalima o kojima relativno malo znamo o bi bilo astronomsko.)

Različite metode izrade tranzistora, od FinFET-a do Gate All Around (GAA), do tuneliranja FET-ova

Prema Brandu, SiGe će nas odvesti na 7nm - ali nakon toga, vjerojatno gledamo novu strukturu tranzistora. Baš kao što je FinFET stvorio veću površinu, ublažavajući učinke kvantnog tuneliranja, i FET-ovi Gate All Around (GAA) i FET-ovi vertikalnog tuneliranja (TFET-ovi), opet bi omogućili kraća vrata i niže napone. Kao što možete vidjeti na donjem dijagramu, GAA FET u osnovi se sastoji od izvora nanožica i odvoda, okruženih vratima. Vertikalni TFET sličan je po tome što koristi nanožice, ali stvarni se način rada vrlo razlikuje od konvencionalnih FET-ova. Ipak, opet, TFET-ovi omogućuju niži radni napon. Druga mogućnost je donekle konvencionalni FinFET, ali s rebrom izrađenim od III-V poluvodiča poput galij-arsenida (GaAs), koji opet imaju veću pokretljivost elektrona od silicija.

Put dalje od 14nm je izdajnički, i nikako nije sigurna stvar, ali budući da putokazi Intela i primijenjenih materijala nagovještavaju da se 5nm istražuje, i dalje se nadamo. Možda je ipak bolje postaviti pitanje je li vrijedno skaliranja na tako sitne geometrije. Sa svakim korakom, proces postaje sve složeniji, a samim tim i skuplji i vjerojatnije da će ga mučiti niski prinosi. Možda će se postići bolji dobici od bočnog kretanja do materijala i arhitektura koji to mogu rade na bržim frekvencijama i s više paralelizma, a ne grubo forsiranje nastavka Mooreova zakona.

Za kompletan set dijapozitiva, pojavio web stranicu Semicon West 2013 (PDF). Ako niste kemičar doktora znanosti koji radi u Intelu ili TSMC-u, sadržaj vam može ići preko glave.

Copyright © Sva Prava Pridržana | 2007es.com