Wie schon oft berichtet, muss bei einem Transistor, der kleiner als 5 nm ist, etwas unternommen werden. Heutzutage produzieren Chiphersteller die fortschrittlichsten Lösungen mit vertikalen FinFET-Gates. FinFET-Transistoren können immer noch mit 5-nm- und 4-nm-Technikverfahren hergestellt werden (was auch immer diese Standards bedeuten), aber bereits in der Phase der Produktion von 3-nm-Halbleitern funktionieren FinFET-Strukturen nicht mehr so, wie sie sollten. Die Gates der Transistoren sind zu klein und die Steuerspannung ist nicht niedrig genug, als dass die Transistoren weiterhin ihre Funktion als Gates in integrierten Schaltkreisen erfüllen könnten. Daher wird die Industrie und insbesondere Samsung ausgehend von der 3-nm-Prozesstechnologie auf die Produktion von Transistoren mit Ring- oder allumfassenden GAA-Gates (Gate-All-Around) umsteigen. Mit einer aktuellen Pressemitteilung präsentierte Samsung gerade eine visuelle Infografik über den Aufbau neuer Transistoren und die Vorteile ihres Einsatzes.
Wie in der Abbildung oben gezeigt, haben sich Tore mit sinkenden Herstellungsstandards von planaren Strukturen, die einen einzelnen Bereich unter dem Tor kontrollieren konnten, zu vertikalen Kanälen entwickelt, die an drei Seiten von einem Tor umgeben sind, und schließlich zu Kanälen, die von Toren umgeben sind alle vier Seiten. Dieser gesamte Pfad ging mit einer Vergrößerung der Gate-Fläche um den gesteuerten Kanal einher, was es ermöglichte, die Stromversorgung der Transistoren zu reduzieren, ohne die Stromeigenschaften der Transistoren zu beeinträchtigen, was zu einer Steigerung der Leistung der Transistoren führte und eine Verringerung der Leckströme. In dieser Hinsicht werden GAA-Transistoren zu einer neuen Krone der Schöpfung und erfordern keine wesentliche Überarbeitung der klassischen CMOS-Technologieprozesse.
Die vom Gate umgebenen Kanäle können entweder in Form dünner Brücken (Nanowires) oder in Form breiter Brücken bzw. Nanopages erzeugt werden. Samsung gibt seine Entscheidung für Nanopages bekannt und behauptet, seine Entwicklung durch Patente zu schützen, obwohl es alle diese Strukturen entwickelt hat und gleichzeitig eine Allianz mit IBM und anderen Unternehmen, beispielsweise mit AMD, eingegangen ist. Samsung wird die neuen Transistoren nicht GAA nennen, sondern den proprietären Namen MBCFET (Multi Bridge Channel FET). Breite Kanalseiten liefern erhebliche Ströme, die im Fall von Nanodrahtkanälen schwer zu erreichen sind.
Der Übergang zu Ring-Gates wird auch die Energieeffizienz neuer Transistorstrukturen verbessern. Dadurch kann die Versorgungsspannung der Transistoren reduziert werden. Für FinFET-Strukturen nennt das Unternehmen die bedingte Leistungsreduzierungsschwelle 0,75 V. Der Übergang zu MBCFET-Transistoren wird diese Grenze noch weiter senken.
Als nächsten Vorteil von MBCFET-Transistoren bezeichnet das Unternehmen die außergewöhnliche Flexibilität der Lösungen. Wenn also die Eigenschaften von FinFET-Transistoren in der Produktionsphase nur diskret gesteuert werden können, indem für jeden Transistor eine bestimmte Anzahl von Kanten in das Projekt eingebracht wird, dann wird der Entwurf von Schaltkreisen mit MBCFET-Transistoren der Feinabstimmung für jedes Projekt ähneln. Und das geht ganz einfach: Es reicht aus, die erforderliche Breite der Nanopage-Kanäle auszuwählen, und dieser Parameter kann linear geändert werden.
Für die Herstellung von MBCFET-Transistoren sind, wie oben erwähnt, die klassische CMOS-Prozesstechnik und in Fabriken installierte Industrieanlagen ohne wesentliche Änderungen geeignet. Lediglich die Verarbeitungsphase von Siliziumwafern erfordert geringfügige Änderungen, was verständlich ist, und das ist alles. Seitens der Kontaktgruppen und Metallisierungsschichten müssen Sie nicht einmal etwas ändern.
Abschließend liefert Samsung zum ersten Mal eine qualitative Beschreibung der Verbesserungen, die der Übergang zur 3-nm-Prozesstechnologie und zu MBCFET-Transistoren mit sich bringen wird (zur Klarstellung: Samsung spricht nicht direkt von der 3-nm-Prozesstechnologie, hat dies aber bereits zuvor berichtet die 4-nm-Prozesstechnologie wird weiterhin FinFET-Transistoren verwenden). Im Vergleich zur 7-nm-FinFET-Prozesstechnologie führt die Umstellung auf die neue Norm und MBCFET also zu einer Reduzierung des Verbrauchs um 50 %, einer Leistungssteigerung um 30 % und einer Reduzierung der Chipfläche um 45 %. Nicht „entweder oder“, sondern im Ganzen. Wann wird das passieren? Es kann sein, dass dies bis Ende 2021 der Fall ist.
Source: 3dnews.ru