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  • 發布時間:2020-10-12 11:14 原文鏈接: 一篇文章說清半導體制程發展史(五)

    14nm 繼續FinFET。下面是英特爾的14nm晶體管的SEM橫截面圖,大家感受一下,fin的寬度平均只有9nm。

    當然,在所有后代的技術節點中,前代的技術也是繼續整合采用的。所以現在,在業界和研究界,一般聽到的晶體管,都被稱作high-k/metal gate Ge-strained 14 nm FinFET,整合了多年的技術精華。

    而在學術界,近些年陸續搞出了各種異想天開的新設計,比如隧穿晶體管,負電容效應晶體管,碳納米管,等等。

    所有這些設計,基本是4個方向:材料、機理、工藝、結構。而所有的設計方案,其實可以用一條簡單的思路概括,就是前面提到的那個SS值的決定公式,里面有兩項相乘組成:

    因此,要么改善晶體管的靜電物理(electrostatics),這是其中一項,要么改善溝道的輸運性質(transport),這是另一項。

    而晶體管設計里面,除了考慮開關性能之外,還需要考慮另一個性能,就是飽和電流問題。很多人對這個問題有誤解,以為飽不飽和不重要,其實電流能飽和才是晶體管能夠有效工作的根本原因,因為不飽和的話,晶體管就不能保持信號的傳遞,因此無法攜帶負載,換言之只中看,不中用,放到電路里面去,根本不能正常工作的。

    舉個例子,有段時間石墨烯晶體管很火,石墨烯作溝道的思路是第二項,就是輸運,因為石墨烯的電子遷移率遠遠地完爆硅。但直到目前,石墨烯晶體管還沒有太多的進展,因為石墨烯有個硬傷,就是不能飽和電流。但是,去年貌似聽說有人能做到調控石墨烯的能帶間隙打開到關閉,石墨烯不再僅僅是零帶隙,想來這或許會在晶體管材料方面產生積極的影響。

    在去年的IEDM會議上,臺積電已經領先英特爾,發布了7nm技術節點的晶體管樣品,而英特爾已經推遲了10nm的發布。當然,兩者的技術節點的標準不一樣,臺積電的7nm其實相當于英特爾的10nm,但是臺積電率先拿出了成品。三星貌似也在會上發表了自己的7nm產品。

    可以看出,摩爾定律確實放緩了,22nm是在2010左右出來的,到了現在,技術節點并沒有進步到10nm以下。去年,ITRS已經宣布不再制定新的技術路線圖,換言之,權威的國際半導體機構已經不認為,摩爾定律的縮小可以繼續下去了。

    這就是技術節點的主要現狀。

    技術節點不能進步,是不是一定就是壞事?其實不一定。28nm這個節點,其實不屬于前面提到的標準的dennard scaling的一部分,但是這個技術節點,直到現在,仍然在半導體制造業界占據了很大的一塊市場份額。

    臺積電、中芯國際等這樣的大代工廠,都是在28nm上玩得很轉的。為何呢?因為這個節點被證明是一個在成本、性能、需求等多方面達到了比較優化的組合的一個節點,很多芯片產品,并不需要使用過于昂貴的FinFET技術,28nm能夠滿足自己的需求。

    但是有一些產品,比如主流的CPU、GPU、FPGA、memory,其性能的提升有相當一部分來自于工藝的進步。所以再往后如何繼續提升這些產品的性能,是很多人心中的問號,也是新的機會。


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