隨著制程工藝不斷接近物理極限,雖然芯片行業還在努力跟上摩爾定律,但除了制程工藝放緩之外,架構設計同樣至關重要。得益于從平面型晶體管到鰭式場效應管的過渡,芯片性能在過去10年的提升還能勉強跟上摩爾定律。
從2012年發布第一代22nm制程工藝開始, 鰭式場效應管(FinFET)晶體管結構在半導體上已經使用接近9年時間,FinFET晶體管還將在未來幾年繼續扮演重要的角色。業界看好下一代環繞柵極晶體管(GAAFET)在3nm及更先進制程上的應用,但使用全新的晶體管構型的代價非常巨大。
外媒指出,盡管臺積電和三星兩大晶圓代工廠在7nm或5nm工藝節點上提供龐大的產能,但臺積電(TSMC)、三星(SANSUNG)和英特爾(Intel)正在努力攻克基于環繞柵極晶體管(GAA)技術的3nm和2nm工藝節點。
據了解,GAAFET可以帶來更好的可擴展性、更快的開關時間、更優的驅動電流以及更低的泄露。只是工藝成熟的FinFET依然是半導體廠商關注的核心,包括臺積電暫緩在5nm工藝上使用GAAFET,仍使用FinFET晶體管。但在臺積電2020年研討會上,其宣稱N3技術可在提升50%性能的同時降低30%功耗,工藝密度是N5的1.7倍。
早前消息稱,臺積電計劃在2024年前做好量產2nm制程的量產,前提是將借助久經考驗的、更可預測的工藝節點,臺積電有充足時間去檢驗GAA-FET在2nm節點下的應用前景。Semiconductor Engineering稱三星和英特爾也在努力實現從3nm到2nm工藝節點的過渡,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效應晶體管(簡稱MBC-FET)的方案。
三星的MBC-FET可視作FinFET的側面翻轉,特點是將柵極包括于襯底上生長的納米硅片,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)的帶領下,英特爾或許能夠加速向新工藝的轉進。
此外,在FinFET和GAAFET攜手并進的同時,芯片制造商還可能動用鍺(Ge)、銻化鎵(GaSb)、砷化銦(AsIn)等具有高遷移率特性的半導體材料。
責任編輯:tzh
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