晶體管縮放的難題

 

在每個技術節點
，設備製造商可以通過縮小晶體管的方法來降低器件麵積
、成本和功耗並實現性能提升，這種方式也稱為PPAC（功率
、性能

、麵積、成本）縮放。然而，進一步減小FinFET的尺寸卻會限製驅動電流和靜電控製能力。

 

在平麵晶體管中
，可以通過增加通道寬度來驅動更多電流並提升接通與斷開的速度。然而，隨著CMOS設計的發展，標準單元的軌道高度不斷降低，這就導致“鰭”的尺寸受到限製，而基於5nm以下節點製造的單鰭器件將會無法提供足夠的驅動電流。

 

此外，雖然“鰭”的de三san麵mian均jun受shou柵zha極ji控kong製zhi，但dan仍reng有you一yi側ce是shi不bu受shou控kong的de。隨sui著zhe柵zha極ji長chang度du的de縮suo短duan
，短duan溝gou道dao效xiao應ying就jiu會hui更geng明ming顯xian，也ye會hui有you更geng多duo電dian流liu通tong過guo器qi件jian底di部bu無wu接jie觸chu的de部bu分fen泄xie露lu。因yin此ci，更geng小xiao尺chi寸cun的de器qi件jian就jiu會hui無wu法fa滿man足zu功gong耗hao和he性xing能neng要yao求qiu。

 

用納米薄片代替鰭片

 

全包圍柵極(GAA)shiyizhongjingguogailiangdejingtiguanjiegou，qizhongtongdaodesuoyoumiandouyuzhajijiechu，zheyangjiukeyishixianlianxusuofang。caiyongzhezhongjiegoudejingtiguanjiubeichengweiquanbaoweizhaji(GAA)晶體管，目前已經出現多種該類晶體管的變體。

 

早期的GAA器件使用垂直堆疊納米薄片的方法
，即將水平放置的薄片相互分開地置入柵極之中。相對於FinFET，這種方法下的通道更容易控製。而且不同於FinFET必須並排多個鰭片才能提高電流，GAA晶(jing)體(ti)管(guan)隻(zhi)需(xu)多(duo)垂(chui)直(zhi)堆(dui)疊(die)幾(ji)個(ge)納(na)米(mi)薄(bo)片(pian)並(bing)讓(rang)柵(zha)極(ji)包(bao)裹(guo)通(tong)道(dao)就(jiu)能(neng)夠(gou)獲(huo)得(de)更(geng)強(qiang)的(de)載(zai)流(liu)能(neng)力(li)。這(zhe)樣(yang)，隻(zhi)需(xu)要(yao)縮(suo)放(fang)這(zhe)些(xie)納(na)米(mi)薄(bo)片(pian)就(jiu)可(ke)以(yi)調(tiao)整(zheng)獲(huo)得(de)滿(man)足(zu)特(te)定(ding)性(xing)能(neng)要(yao)求(qiu)的(de)晶(jing)體(ti)管(guan)尺(chi)寸(cun)。

 

然ran而er，和he鰭qi片pian一yi樣yang
，隨sui著zhe技ji術shu進jin步bu和he特te征zheng尺chi寸cun持chi續xu降jiang低di，薄bo片pian的de寬kuan度du和he間jian隔ge也ye會hui不bu斷duan縮suo減jian。當dang薄bo片pian寬kuan度du達da到dao和he厚hou度du幾ji乎hu相xiang等deng的de程cheng度du時shi，這zhe些xie納na米mi薄bo片pian看kan起qi來lai會hui更geng像xiang“納米線”。

 

 

製造方麵的挑戰

 

盡管納米薄片的概念很簡單，但它卻給實際製造帶來了諸多新挑戰
，其中有些製造難題源於結構製成，其他則與滿足PPAC縮放目標所需的新材料有關。

 

具體而言
，在構建方麵的主要挑戰源於結構的複雜性。要製造GAA晶體管首先需要用Si和SiGe外延層交替構成超晶格並用其作為納米薄片結構的基礎

，之後則需要將電介質隔離層沉入內部（用於保護源極/漏極和確定柵極寬度）bingtongguokeshiquchutongdaodexishengceng。quchuxishengcengzhihouliuxiadekongjian，baokuonamipianzhijiandekongjian，douxuyaoyongdianjiezhihejinshugouchengdezhajitianbu。jinhoudezhajihenkenengyaoshiyongxindejinshucailiao
，qizhongguyijingjinrupinggujieduan；釕、鉬、鎳和各種合金也已被製造商納入考慮範圍之內。

 

 

持續的進步

 

GAA晶體管終將取代FinFET，其中的納米薄片也會逐漸發展成納米線。而GAA結構應該能夠適用於當前已經納入規劃的所有先進工藝節點。

 

從cong最zui早zao的de平ping麵mian結jie構gou開kai始shi
，晶jing體ti管guan架jia構gou已yi經jing取qu得de了le長chang足zu的de進jin步bu並bing有you效xiao推tui動dong了le智zhi能neng互hu聯lian的de大da發fa展zhan，這zhe一yi切qie都dou是shi早zao期qi的de行xing業ye先xian驅qu們men所suo難nan以yi想xiang象xiang的de。隨sui著zhe全quan包bao圍wei柵zha極ji晶jing體ti管guan的de出chu現xian
，我wo們men也ye熱re切qie期qi待dai它ta能neng為wei世shi界jie帶dai來lai更geng令ling人ren驚jing歎tan的de終zhong端duan用yong戶hu設she備bei和he功gong能neng。 
（作者：泛林Nerissa Draeger博士）