Zoals al vaker is gemeld, moet er iets gebeuren met een transistor kleiner dan 5 nm. Tegenwoordig produceren chipfabrikanten de meest geavanceerde oplossingen met behulp van verticale FinFET-poorten. FinFET-transistors kunnen nog steeds worden geproduceerd met behulp van technische processen van 5 nm en 4 nm (wat deze standaarden ook betekenen), maar al in het stadium van de productie van 3 nm-halfgeleiders werken FinFET-structuren niet meer zoals ze zouden moeten. De poorten van de transistoren zijn te klein en de stuurspanning is niet laag genoeg om de transistoren hun functie als poorten in geïntegreerde schakelingen te laten blijven vervullen. Daarom zal de industrie en vooral Samsung, uitgaande van de 3nm-procestechnologie, overstappen op de productie van transistors met ring- of allesomvattende GAA-poorten (Gate-All-Around). Met een recent persbericht heeft Samsung zojuist een visuele infographic gepresenteerd over de structuur van nieuwe transistors en de voordelen van het gebruik ervan.
Zoals te zien is in de bovenstaande illustratie, zijn de poorten, naarmate de productienormen zijn afgenomen, geëvolueerd van vlakke structuren die een enkel gebied onder de poort konden controleren, naar verticale kanalen omringd door een poort aan drie zijden, en uiteindelijk dichter bij kanalen omringd door poorten met alle vier de zijden. Dit hele pad ging gepaard met een toename van het poortgebied rond het bestuurde kanaal, waardoor het mogelijk werd de stroomtoevoer naar de transistors te verminderen zonder de stroomkarakteristieken van de transistors in gevaar te brengen, wat leidde tot een toename van de prestaties van de transistors. en een afname van lekstromen. In dit opzicht zullen GAA-transistors een nieuwe kroon op de schepping worden en geen significante herwerking van klassieke CMOS-technologische processen vereisen.
De door de poort omgeven kanalen kunnen zowel in de vorm van dunne bruggen (nanodraden) als in de vorm van brede bruggen of nanopagina's worden geproduceerd. Samsung kondigt zijn keuze aan ten gunste van nanopagina's en beweert zijn ontwikkeling te beschermen met patenten, hoewel het al deze structuren heeft ontwikkeld terwijl het nog steeds een alliantie aanging met IBM en andere bedrijven, bijvoorbeeld met AMD. Samsung zal de nieuwe transistors niet GAA noemen, maar de eigennaam MBCFET (Multi Bridge Channel FET). Brede kanaalpagina's zullen aanzienlijke stromen opleveren, die moeilijk te bereiken zijn in het geval van nanodraadkanalen.
De overgang naar ringpoorten zal ook de energie-efficiëntie van nieuwe transistorstructuren verbeteren. Dit betekent dat de voedingsspanning naar de transistoren kan worden verlaagd. Voor FinFET-structuren noemt het bedrijf de drempel voor voorwaardelijke vermogensreductie 0,75 V. De overgang naar MBCFET-transistoren zal deze limiet nog verder verlagen.
Het bedrijf noemt het volgende voordeel van MBCFET-transistoren buitengewone flexibiliteit van oplossingen. Dus als de kenmerken van FinFET-transistoren in de productiefase alleen discreet kunnen worden geregeld, door voor elke transistor een bepaald aantal randen in het project te plaatsen, dan zal het ontwerpen van circuits met MBCFET-transistors voor elk project lijken op de fijnste afstemming. En dit zal heel eenvoudig zijn: het is voldoende om de vereiste breedte van nanopaginakanalen te selecteren, en deze parameter kan lineair worden gewijzigd.
Voor de productie van MBCFET-transistoren, zoals hierboven vermeld, zijn de klassieke CMOS-procestechnologie en industriële apparatuur die in fabrieken zijn geïnstalleerd zonder noemenswaardige veranderingen geschikt. Alleen de verwerkingsfase van siliciumwafels zal kleine aanpassingen vereisen, wat begrijpelijk is, en dat is alles. Aan de kant van de contactgroepen en metallisatielagen hoef je niet eens iets te veranderen.
Concluderend geeft Samsung voor het eerst een kwalitatieve beschrijving van de verbeteringen die de transitie naar de 3nm-procestechnologie en MBCFET-transistoren met zich mee zal brengen (ter verduidelijking: Samsung heeft het niet direct over de 3nm-procestechnologie, maar meldde eerder dat de 4nm-procestechnologie zal nog steeds gebruik maken van FinFET-transistoren). Dus vergeleken met de 7nm FinFET-procestechnologie zal de overstap naar de nieuwe norm en MBCFET zorgen voor een vermindering van het verbruik met 50%, een toename van de prestaties met 30% en een vermindering van het chipoppervlak met 45%. Niet ‘of, of’, maar in totaliteit. Wanneer zal dit gebeuren? Mogelijk gebeurt dat eind 2021.
Bron: 3dnews.ru