7nm, 5nm, 3nm: Τα νέα υλικά και τα τρανζίστορ που θα μας οδηγήσουν στα όρια του νόμου του Moore

IC γκοφρέτα

Στο Semicon West 2013, η ετήσια Μέκκα για τους κατασκευαστές τσιπ και τους κατασκευαστές κεφαλαιουχικού εξοπλισμού τους, η Applied Materials έχει αναλύσει λεπτομερώς τον δρόμο πέρα ​​από τα 14nm, μέχρι τα 3nm και πιθανώς πέραν αυτού.

Η ομιλία του Adam Brand of Applied Materials επικεντρώθηκε κυρίως στις υλικές και αρχιτεκτονικές προκλήσεις των τρανζίστορ μαζικής παραγωγής στα 14nm και μετά. Σε αυτό το σημείο, τα 14nm φαίνεται να είναι ο τελικός κόμβος όπου το πυρίτιο - ακόμη και όταν έχει σχήμα πτερυγίου (όπως στα FinFETs) - θα είναι αρκετά παχύ ώστε να αποφευχθεί η κβαντική σήραγγα και η διαρροή πύλης.

Μήκος πύλης τρανζίστορ, με την πάροδο του χρόνου

Μήκος πύλης τρανζίστορ (Lg), με την πάροδο του χρόνου. Το οροπέδιο κυμαινόταν μεταξύ 45nm και 28nm, μέχρι να ξεκινήσει το FinFET 22nm της Intel (τρανζίστορ λεπτού καναλιού).

Πέρα από τα 14nm, καθώς προχωράμε στα 10 και 7nm, θα χρειαστεί ένα νέο υλικό πτερυγίου - πιθανώς πυριτίου-γερμανίου (SiGe) ή ίσως απλώς γερμανίου. Τα SiGe και Ge έχουν υψηλότερη κινητικότητα ηλεκτρονίων από το Si, επιτρέποντας χαμηλότερες τάσεις, μειώνοντας έτσι την κατανάλωση ισχύος, τη σήραγγα και τη διαρροή. Το SiGe έχει χρησιμοποιηθεί στην εμπορική κατασκευή CMOS από τα τέλη της δεκαετίας του '80, οπότε η αλλαγή από το πυρίτιο δεν θα είναι πολύ επώδυνη. (Ο πρωταρχικός λόγος που χρησιμοποιούμε το πυρίτιο εδώ και πολύ καιρό είναι ότι ολόκληρη η βιομηχανία βασίζεται στο πυρίτιο. Ο χρόνος, τα χρήματα και η Ε & Α που θα απαιτηθούν για την ανάπτυξη νέων μηχανών για το χειρισμό νέων υλικών που γνωρίζουμε σχετικά λίγα θα ήταν αστρονομικό.)

Διαφορετικές μέθοδοι κατασκευής τρανζίστορ, από FinFET έως Gate All Around (GAA), έως σήραγγες FET

Σύμφωνα με τον Brand, η SiGe θα μας οδηγήσει στα 7nm - αλλά μετά από αυτό, πιθανότατα εξετάζουμε μια νέα δομή τρανζίστορ. Ακριβώς όπως το FinFET δημιούργησε μια μεγαλύτερη επιφάνεια, μετριάζοντας τα αποτελέσματα της κβαντικής σήραγγας, τόσο το FETs Gate All Around (GAA) όσο και το FET κάθετης σήραγγας (TFET), θα επέτρεπαν και πάλι μικρότερες πύλες και χαμηλότερες τάσεις. Όπως μπορείτε να δείτε στο παρακάτω διάγραμμα, ένα GAA FET αποτελείται ουσιαστικά από πηγή nanowire και αποχετεύσεις, που περιβάλλεται από μια πύλη. Ένα κατακόρυφο TFET είναι παρόμοιο στο ότι χρησιμοποιεί νανοσύρματα, αλλά η πραγματική μέθοδος λειτουργίας είναι πολύ διαφορετική από τα συμβατικά FET. Και πάλι, όμως, τα TFET επιτρέπουν χαμηλότερη τάση λειτουργίας. Μια άλλη επιλογή είναι ένα κάπως συμβατικό FinFET, αλλά με το πτερύγιο κατασκευασμένο από ημιαγωγούς III-V όπως το γάλλιο-αρσενίδιο (GaAs), τα οποία έχουν και πάλι μεγαλύτερη κινητικότητα ηλεκτρονίων από το πυρίτιο.

Η πορεία πέρα ​​από τα 14nm είναι επικίνδυνη, και σε καμία περίπτωση δεν είναι σίγουρο, αλλά με χάρτες πορείας από την Intel και το Applied Materials που υποδηλώνουν ότι τα 5nm είναι έρευνα, παραμένουμε αισιόδοξοι. Ίσως η καλύτερη ερώτηση που πρέπει να κάνετε είναι αν αξίζει να εξελιχθείτε σε τόσο μικρές γεωμετρίες. Με κάθε βήμα προς τα κάτω, η διαδικασία γίνεται όλο και πιο περίπλοκη, και επομένως πιο ακριβή και πιθανότερο να μαστίζεται από χαμηλές αποδόσεις. Μπορεί να υπάρχουν καλύτερα οφέλη από τη μετακίνηση στο πλάι, σε υλικά και αρχιτεκτονικές που μπορούν λειτουργούν σε γρηγορότερες συχνότητες και με μεγαλύτερο παραλληλισμό, αντί για ωμή βία να συνεχίσει τον νόμο του Μουρ.

Για το πλήρες σετ διαφανειών, χτυπήστε τον ιστότοπο Semicon West 2013 (PDF). Εκτός κι αν είστε φαρμακοποιός διεργασιών που ασχολείται με διδακτορικό, εργάζεστε στην Intel ή στο TSMC, ωστόσο, τα περιεχόμενα ενδέχεται να ξεπεράσουν το μυαλό σας.

Copyright © Ολα Τα Δικαιώματα Διατηρούνται | 2007es.com