Som det er blevet rapporteret mange gange, skal der gøres noget med en transistor mindre end 5 nm. I dag producerer chipproducenter de mest avancerede løsninger ved hjælp af vertikale FinFET-porte. FinFET-transistorer kan stadig produceres ved hjælp af 5-nm og 4-nm tekniske processer (uanset hvad disse standarder betyder), men allerede på produktionsstadiet af 3-nm-halvledere holder FinFET-strukturer op med at fungere, som de skal. Transistorernes porte er for små, og styrespændingen er ikke lav nok til, at transistorerne fortsat kan udføre deres funktion som porte i integrerede kredsløb. Derfor vil industrien og i særdeleshed Samsung, med udgangspunkt i 3nm procesteknologien, skifte til produktion af transistorer med ring- eller altomfattende GAA (Gate-All-Around) porte. Med en nylig pressemeddelelse har Samsung netop præsenteret en visuel infografik om strukturen af nye transistorer og fordelene ved at bruge dem.
Som vist i illustrationen ovenfor, efterhånden som produktionsstandarderne er faldet, har porte udviklet sig fra plane strukturer, der kunne kontrollere et enkelt område under porten, til lodrette kanaler omgivet af en port på tre sider, og til sidst bevægede sig tættere på kanaler omgivet af porte med alle fire sider. Hele denne vej blev ledsaget af en stigning i gate-området omkring den kontrollerede kanal, hvilket gjorde det muligt at reducere strømforsyningen til transistorerne uden at kompromittere transistorernes nuværende karakteristika, hvilket førte til en stigning i transistorernes ydeevne og et fald i lækstrømme. I denne henseende vil GAA-transistorer blive en ny skabelseskrone og vil ikke kræve væsentlig omarbejdning af klassiske CMOS-teknologiske processer.
Kanalerne omgivet af porten kan fremstilles enten i form af tynde broer (nanowires) eller i form af brede broer eller nanopager. Samsung annoncerer sit valg til fordel for nanopages og hævder at beskytte sin udvikling med patenter, selvom det udviklede alle disse strukturer, mens det stadig indgik en alliance med IBM og andre virksomheder, for eksempel med AMD. Samsung vil ikke kalde de nye transistorer GAA, men det proprietære navn MBCFET (Multi Bridge Channel FET). Brede kanalsider vil give betydelige strømme, som er svære at opnå i tilfælde af nanotrådskanaler.
Overgangen til ringgates vil også forbedre energieffektiviteten af nye transistorstrukturer. Det betyder, at transistorernes forsyningsspænding kan reduceres. For FinFET-strukturer kalder virksomheden den betingede effektreduktionstærskel for 0,75 V. Overgangen til MBCFET-transistorer vil sænke denne grænse endnu lavere.
Virksomheden kalder den næste fordel ved MBCFET-transistorer for ekstraordinær fleksibilitet af løsninger. Så hvis egenskaberne for FinFET-transistorer på produktionsstadiet kun kan styres diskret, ved at sætte et vist antal kanter ind i projektet for hver transistor, så vil design af kredsløb med MBCFET-transistorer ligne den fineste tuning for hvert projekt. Og dette vil være meget enkelt at gøre: det vil være nok at vælge den nødvendige bredde af nanopage-kanaler, og denne parameter kan ændres lineært.
Til produktion af MBCFET-transistorer, som nævnt ovenfor, er den klassiske CMOS-procesteknologi og industrielt udstyr installeret på fabrikker egnet uden væsentlige ændringer. Kun behandlingsstadiet af siliciumwafers vil kræve mindre ændringer, hvilket er forståeligt, og det er alt. Fra kontaktgruppernes og metalliseringslagenes side behøver du ikke engang at ændre noget.
Som konklusion giver Samsung for første gang en kvalitativ beskrivelse af de forbedringer, som overgangen til 3nm-procesteknologien og MBCFET-transistorer vil føre med sig (for at præcisere, Samsung taler ikke direkte om 3nm-procesteknologien, men det har tidligere rapporteret, at 4nm procesteknologien vil stadig bruge FinFET transistorer). Så sammenlignet med 7nm FinFET-procesteknologien vil flytning til den nye norm og MBCFET give en 50 % reduktion i forbruget, en 30 % stigning i ydeevne og en 45 % reduktion i chipareal. Ikke "enten eller", men i helheden. Hvornår vil dette ske? Det kan ske ved udgangen af 2021.
Kilde: 3dnews.ru