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7nm之后晶体管技术何去何从

发布时间:2019-11-21 20:35:24

7nm之后 晶体管技术何去何从?

事实上,每一种下一代晶体管的候选者都需有不同的平衡,作出选择是困难与复杂的。环栅极可以扩展到更短的LG沟道长度,但也有一些挑战。例如,如果环栅极是用本体硅衬底,它需要一些技巧用来隔离栅与基板,而没有电容的惩罚。

半导体业已经探索了一些下一代晶体管技术的候选者。例如在7nm时,采用高迁移率的FinFET,及用III-V族元素作沟道材料来提高电荷的迁移率。然后,到5nm时,可能会有两种技术,其中一种是环栅FET,和另一种是隧道FET(TFET),它们在比较中有微弱的优势。原因都是因为最终CMOS器件的静电问题,一种是在沟道的四周围绕着栅极的结构。相比之下,TFETs是依赖陡峭的亚阈值斜率晶体管来降低功耗。

这场竞赛还远未结束。显然在芯片制造商之间可能已经达成以下共识:下一代器件的结构选择,包括III-V族的FinFET;环栅的FinFET;量子阱;硅纳米线;SOIFinFET和TFET等。

未来仍有很长的路要走。除此之外,还有另一条路可能采用一种垂直的芯片架构,如2.5D/3D堆叠芯片以及单片3DIC。总之,英特尔,台积电和一些其他公司,它们均认为环栅技术可能会略占上风。,英特尔也正在研究它,这可能是能被每个人都能接受的工艺路线图。

芯片制造商可能需要开发一种以上的架构类型,因为没有一种单一的技术可为未来的应用是个理想的选择。英特尔同样也对TFET技术表示出浓厚的兴趣,尽管其他人有不同的意见。最终的赢家和输家将取决于成本,可制造性和功能性。

另一个问题是产业能否保持仍是每两年的工艺技术节点的节奏。随着越来越多的经济因素开始发挥作用,相信未来半导体业移动到下一代工艺节点的时间会减缓,甚至可能会不按70%的比例缩小,而延伸下一代的工艺节点。

延伸FinFET工艺

在2014年英特尔预计将推出基于14nm工艺的第二代FinFET技术。同样在今年,格罗方德,台积电和三星也分别有计划推出他们的14nm级的第一代FinFET技术。

所以到7nm时,业界必须考虑一种新的技术选择。根据不同产品的路线图及行业高管的见解,主要方法是采用高迁移率或者III-V族的FinFET结构。

在今天的硅基的FinFET结构中在7nm时电子迁移率会退化。由于锗(Ge)和III-V元素材料具有较高的电子传输能力,允许更快的开关速度。据专家说,第一个III-V族的FinFET结构可能由在pFET中的Ge组成。然后,下一代的III-V族的FinFET可能由锗构成pFET或者铟镓砷化物(InGaAs)组成NFET。

高迁移率的FinFET也面临一些挑战,包括需要具有集成不同的材料和结构的能力。为了帮助解决部分问题,行业正在开发一种硅鳍的替换工艺。这取决于你的目标,但是III-V族的FinFET将最有可能用来替代鳍的技术,Howard说。基本上,你做的是替代鳍。你要把硅鳍的周围用氧化物包围起来。这样基本上是把硅空出来用III-V族元素来替代。

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