Транзисторы достигли переломного момента на 3-нанометровом техпроцессе

Полупроводниковая промышленность впервые более чем за десятилетие вносит серьезные изменения в транзисторы нового типа, двигаясь к структуре следующего поколения, называемой с затвором по всему периметру (GAA).

Хотя в каталогах транзисторов устройств GAA еще нет в продаже, многие отраслевые эксперты задаются вопросом, как долго продержится эта технология и какая новая архитектура заменит ее. Промышленность оценивает несколько транзисторов-кандидатов, но у каждого есть технические пробелы. Потребуются огромные ресурсы и инновации, чтобы разработать хотя бы одного кандидата для успешного расширения КМОП-транзисторов еще на десятилетие.

Однако в ближайшей перспективе у отрасли есть четкий путь перехода на чипы с самой высокой производительностью. Традиционно для продвижения нового чипа поставщики интегральных схем разрабатывают систему на кристалле (SoC), а затем добавляют в устройство все больше транзисторов в каждом поколении. Транзисторы, ключевой элемент микросхем, действуют как переключатели в устройствах.

Эта формула, называемая масштабированием чипа, работает до тех пор, пока промышленность может разрабатывать новые и более быстрые транзисторы, которые потребляют такую же или меньшую мощность при примерно той же стоимости чипа. С 2011 года поставщики поставляют микросхемы на основе одного передового типа транзисторов — finFET. Однако вскоре finFET приблизится к своим пределам, что вызовет необходимость в новой технологии для 3-нм и/или 2-нм технологических узлов.

При 2-нм и/или 3-нм техпроцессе передовые производства в конечном итоге перейдут на транзистор типа GAA, называемый нанолистовым полевым транзистором. Полевые транзисторы GAA обеспечивают более высокую производительность при меньшей мощности, чем finFET, но они более дороги в разработке и производстве.

Инженеры знают, что даже сегодняшние конструкции GAA рано или поздно столкнутся с ограничениями производительности. Промышленность планирует заранее, оценивая несколько футуристических типов транзисторов за пределами 2 нм, включая 2D-устройства, полевые транзисторы с углеродными нанотрубками, CFET, полевые транзисторы с вилкой и полевые транзисторы с вертикальной транспортировкой. Но до сих пор нет единого мнения, что последует за пределами 2 нм.

Хотя эти новые структуры могут обеспечить удивительные электрические свойства, их сложно изготовить. В результате большинство из них никогда не перейдут из лаборатории в фабрику. На самом деле промышленность может позволить себе поддержать только одного транзистора-кандидата.