Kā jau daudzkārt ziņots, kaut kas jādara ar tranzistoru, kas mazāks par 5 nm. Mūsdienās mikroshēmu ražotāji ražo vismodernākos risinājumus, izmantojot vertikālos FinFET vārtus. FinFET tranzistorus joprojām var ražot, izmantojot 5 nm un 4 nm tehniskos procesus (lai ko nozīmētu šie standarti), taču jau 3 nm pusvadītāju ražošanas stadijā FinFET struktūras pārstāj darboties, kā vajadzētu. Tranzistoru vārti ir pārāk mazi, un vadības spriegums nav pietiekami zems, lai tranzistori turpinātu pildīt savu vārti integrālajās shēmās. Tāpēc nozare un jo īpaši Samsung, sākot no 3nm procesa tehnoloģijas, pāries uz tranzistoru ražošanu ar gredzenveida vai visaptverošajiem GAA (Gate-All-Around) vārtiem. Ar neseno paziņojumu presei Samsung tikko prezentēja vizuālu infografiku par jauno tranzistoru uzbūvi un to izmantošanas priekšrocībām.
Kā parādīts attēlā iepriekš, ražošanas standartiem samazinoties, vārti ir attīstījušies no plakanām konstrukcijām, kas varētu kontrolēt vienu laukumu zem vārtiem, līdz vertikāliem kanāliem, ko no trim pusēm ieskauj vārti, un visbeidzot tuvojas kanāliem, kurus ieskauj vārti ar visas četras puses. Visu šo ceļu pavadīja vārtu laukuma palielināšanās ap kontrolēto kanālu, kas ļāva samazināt tranzistoru strāvas padevi, neapdraudot tranzistoru strāvas raksturlielumus, tādējādi palielinot tranzistoru veiktspēju. un noplūdes strāvu samazināšanās. Šajā sakarā GAA tranzistori kļūs par jaunu radīšanas vainagu un neprasīs būtisku klasisko CMOS tehnoloģisko procesu pārstrādi.
Kanālus, ko ieskauj vārti, var izgatavot gan plānu tiltu (nanovadu) veidā, gan platu tiltu vai nanolapu veidā. Samsung paziņo par savu izvēli par labu nanolapām un apgalvo, ka tās attīstību aizsargās ar patentiem, lai gan tas visas šīs struktūras izstrādāja, vienlaikus noslēdzot aliansi ar IBM un citiem uzņēmumiem, piemēram, ar AMD. Samsung jaunos tranzistorus nesauks par GAA, bet gan patentēto nosaukumu MBCFET (Multi Bridge Channel FET). Plašas kanālu lapas nodrošinās ievērojamas strāvas, kuras nanovadu kanālu gadījumā ir grūti sasniegt.
Pāreja uz gredzenveida vārtiem uzlabos arī jaunu tranzistoru konstrukciju energoefektivitāti. Tas nozīmē, ka var samazināt tranzistoru barošanas spriegumu. FinFET struktūrām uzņēmums nosacīto jaudas samazināšanas slieksni sauc par 0,75 V. Pāreja uz MBCFET tranzistoriem šo robežu pazeminās vēl zemāk.
Nākamo MBCFET tranzistoru priekšrocību uzņēmums sauc par risinājumu ārkārtēju elastību. Tātad, ja FinFET tranzistoru raksturlielumus ražošanas stadijā var kontrolēt tikai diskrēti, katram tranzistoram projektā ieliekot noteiktu skaitu šķautņu, tad ķēžu projektēšana ar MBCFET tranzistoriem atgādinās katra projekta smalkāko noregulējumu. Un tas būs ļoti vienkārši izdarāms: pietiks, lai izvēlētos nepieciešamo nanolapu kanālu platumu, un šo parametru var mainīt lineāri.
MBCFET tranzistoru ražošanai, kā minēts iepriekš, bez būtiskām izmaiņām ir piemērota klasiskā CMOS procesa tehnoloģija un rūpnīcās uzstādītās rūpnieciskās iekārtas. Tikai silīcija vafeļu apstrādes stadijā būs nepieciešamas nelielas modifikācijas, kas ir saprotams, un tas arī viss. No kontaktgrupu un metalizācijas slāņu puses jums pat nekas nav jāmaina.
Noslēgumā Samsung pirmo reizi sniedz kvalitatīvu aprakstu par uzlabojumiem, ko nesīs pāreja uz 3nm procesa tehnoloģiju un MBCFET tranzistoriem (skaidrības labad Samsung nerunā tieši par 3nm procesa tehnoloģiju, taču iepriekš ziņoja, ka 4nm procesa tehnoloģija joprojām izmantos FinFET tranzistorus). Tātad, salīdzinot ar 7nm FinFET procesa tehnoloģiju, pāreja uz jauno normu un MBCFET nodrošinās patēriņa samazinājumu par 50%, veiktspējas pieaugumu par 30% un mikroshēmas laukuma samazinājumu par 45%. Nevis “vai nu, vai”, bet kopumā. Kad tas notiks? Var gadīties, ka līdz 2021. gada beigām.
Avots: 3dnews.ru