GAAFET, sektördeki tüm üreticilerin baktığı transistörlerin uygulanması için yeni çerçevedir. Daha önceki MOSFET’lerin halefleri olan mevcut FinFET’lerin halefleri olacaklar. Yarı iletken endüstrisi, teknolojiyi geliştirmeyi sürdürmenin giderek zorlaştığı bir çağda engellerle böyle başa çıkmaya çalışıyor.
Bu eğitimde GAAFET’in ne olduğunu, bu transistörlerin gerçekte neye benzediğini ve gelecekteki çiplere hangi olasılıkları getireceğini öğreneceksiniz.
Entegre transistör türleri: MESA’dan FinFET’e
Yıllar boyunca, bunları uygulamak için çeşitli transistör türleri veya yapıları olmuştur:
- MESA: 1954’te Texas Instruments tarafından yaratılan ilk kültürlü bağlantı silikon transistörler için tasarlanmış bir yapıydı. 1955’te Bell Labs tarafından geliştirildi ve 1958’de Fairchild Semiconductor tarafından pazarlandı. Dağınık tabanlara ve dağınık emitörlere sahip ilk transistörler, ancak yine de önceki transistörler gibi kollektör-taban bağlantısının kenarını açığa çıkardı ve bu da onları yüzeyden sızıntıya karşı hassas hale getirdi. kirleticiler. Bu yüzden hava geçirmez ambalaja ihtiyacım vardı.
- Düzlemsel MOSFET: Bu cihaz üretim süreci hüküm süren biriydi ve hala yaygın olarak kullanılıyor. Pasivasyon ve oksidasyon yöntemlerini kullanarak, ara bağlantı katmanları aracılığıyla bireysel ve birbirine bağlı bileşenler oluşturmanın bir yoludur. Kısmen, sonraki tüm gelişmeler bu teknolojiyi temel almıştır ve bunu 1959’da geliştiren Fairchild Semiconductor’a borçluyuz. Bugün hala mantık kapıları, belirli bellekler, denetleyici yongaları vb. gibi daha az karmaşık yongalar için kullanılmaktadır. . . .
- FinFET: MOSFET’lerin bu diğer evrimi veya alan etkili transistörler, çoklu kapılar kullanır. Yani kanalın iki, üç, dört tarafı kapı ile çevrili olarak uygulanabilir. Bu yeni yapı, düzlemsel CMOS teknolojisine kıyasla daha iyi transistörler, daha hızlı anahtarlama oluşturmaya ve akım yoğunluğunu iyileştirmeye olanak tanır. Bu transistörler, 2010’larda ticari kullanıma girdi, 14 ila 7 nm süreçler için baskın hale geldi ve bugün hala en gelişmiş çipler için kullanılıyor.
Bazı IBM modellerinde test edilen BiCMOS gibi yüksek performanslı çipler için başka girişimler de oldu. Ama temelde, bugüne kadar en öne çıkanlar bu üçüydü. Ve yarı iletken endüstrisinin çok dinamik olması, cihazların entegrasyonunu iyileştirmeye çalışırken her zaman ön planda.
GAFET nedir? MBCFET nedir? SGT nedir? Nanoribbon nedir?
En gelişmiş çiplere yönelik yeni üretim süreçleri için GAAFET’ler, MBCFET’ler, SGT’ler veya Nanoribbon gibi tasarımlar kullanılmaya başlandı. FinFET gibi bazı yapılar sözde MuGFET’e aittir. Temel olarak hepsi aynıdır, GAAFET ve MBCFET’in sırasıyla nanoteller veya nano tabakalar kullanan yapılara atıfta bulunması dışında eş anlamlıdır.
Nanoteller ve nanolevhalar arasındaki farkı çok iyi anlamıyorsanız, yapıya ek olarak, daha düşük bir kaçak akım ve daha kısa anahtarlama süresi sunmalarının yanı sıra kanal genişliğine bağlı olarak kanalın genişliğini değiştirme imkanı sunarlar. kullanım türü. Aslında, daha geniş bir kanala sahip nanosheets, FinFET’lere kıyasla daha yüksek akımlar iletebilir.
Biliyor musun? İşlemciler veya bellekler gibi günümüzün yarı iletken yongalarını üretmek için şu anda kullanılan teknoloji ve henüz kullanılmayan yeni teknolojiler yıllar önce geliştirildi. Örneğin, SGT (Surrounding Gate Transistor), birkaç on yıl önce (1988) Toshiba’da bir mühendis olan Fujio Matsuoca tarafından oluşturuldu. SGT, daha önce GAAFET’e verilen isimdi. Aynısı, yıllar önce geliştirilen EUV gibi diğer teknolojiler için de geçerlidir. Aslında, ASML ve IMEC şu anda yarı iletken sektörüne birkaç yıl içinde 3nm’nin ötesinde, GAAFET, GAAFET,…
Bir GAAFET veya (Gate-All-Around FET) veya SGT, konsept olarak FinFET’e benzer, sadece kapı tüm kanal bölgesini her taraftan çevreler. Ayrıca tasarıma bağlı olarak, bu transistörlerin birim alan başına yoğunluğunu artıran 2, 3, 4 etkin yığılmış kapılı yapılar görülebilir ve bu nedenle yeni olarak kullanılacak olanlardır. üretim düğümleri.
Bu transistörler teorik düzeyde başarılıydı ve şimdi deneysel olarak da başarılı oluyorlar, bu nedenle ilk olarak 1988’de geliştirilen bu teknolojinin ilk tasarımları (aynı zamanda flash belleğin mucidi Dr. Fujio Masuoka tarafından) yakında bekleniyor.
GAAFET’ler, 5nm’den sonraki süreçler gibi 7nm’nin altındaki düğümlerde uygulama için de mükemmeldir. Şimdilik, dökümhaneler açısından üç liderden ikisi olan Intel, Samsung gibi şirketler, hepsi aynı yönde gitmese de bu tip transistör kullanmaya başlayacaklarını açıkladılar.
MBCFET (MultiBridge Chanel FET), Samsung Electronics’in ABD’deki tescilli ticari markasıdır.
Samsung ve Intel, MBCFET ve GAAFET tabanlı yongaları seri üretmeyi tercih ederken, sektörün mutlak lideri TSMC, 5 ve 3nm düğümünde de FinFET ile izlemeyi hedeflediği bir rota açıkladı. Ancak, gelecekteki düğümler için GAAFET transistörlerini geliştiriyor.
GAAFET Tipi Transistörlerin Avantajları
Mevcut FinFET’lerle karşılaştırıldığında, GAAFET’ler/MBCFET’lerin farklılıkları ve avantajları vardır:
- İç Yapı: Bir FinFET, kanalın üç tarafını çevreleyen kanal ve kapı ile bir tür sırt oluşturmak için fotolitografi ve aşındırma işlemleri kullanılarak oluşturulur. Öte yandan, GAAFET tiplerinde kanalı tamamen çevreleyen kapı bulunur. Ek olarak, kanal yapısı nanotabakalar veya nanoteller şeklinde olabilir ve birim alan başına ölçeklenebilir bir kanal ve daha iyi entegrasyon yoğunluğu sunma avantajı sağlayan birkaç yığın olacaktır.
- Üretim: Hem FinFET hem de GAAFET aynı makineler ve temeller kullanılarak seri üretilebilir, bu nedenle bu diğer transistör türlerini oluşturmak için dökümhanelerin değiştirilmesi gerekmez. Bu, önemli değişiklikler gerektiren diğer teknolojilerde yer alacak maliyetleri düşürür ve FinFET’ten GAAFET’e geçişi biraz hafifletir.
- Anahtarlama alanı ve hız: Bir FinFET’te, ayak izi alanı artırılarak daha fazla paralel kanat eklenerek cihaz hızları artırılabilir, ancak bu, çip üzerinde daha fazla yüzey alanı kapladığı anlamına gelir ve bu da hız artışını sınırlar. GAAFET tipinde ise yanlara daha fazla hacim eklemeye gerek kalmadan nanoteller veya nanolevhalar istiflenerek sayı arttırılabilir. Yani FinFET’lerin sınırlamaları olmadan hız arttırılabilir. Bu, bir ev (FinFET) ve bir gökdelen (GAAFET) inşa etmeye benzer bir felsefe olacaktır.
- Sürücü Akımı: Nanosheet’ler, FinFET’lere ve nanotel tabanlı GAAFET’lere kıyasla daha büyük ayak izi nedeniyle daha büyük bir sürücü akımı sağlar. Ve tüm bunlar, bu yapıların istiflenmesinin kanal genişliğinde etkili bir artış yaratması, ancak çip üzerinde daha fazla yüzey kaplamaması sayesinde.
- Tüketim: Kanalın üç tarafını da çevreleyen bir kapıya sahip olan bir FinFET, bir tarafı kontrolsüz bırakır ve kapı uzunluğu kapı sayısını azalttığı için istenmeyen kısa kanal etkilerine ve göl boyunca daha yüksek kaçak akımlara neden olur. GAAFET’lerde kanalın tamamen kapatılması bu sorunu ortadan kaldırarak kanal kontrolünü arttırır ve kaçak akımları azaltır. Bu, daha düşük statik güç tüketimi anlamına gelir ve ayrıca çipin çalışma voltajının düşürülmesine olanak tanır, bu da daha düşük dinamik güç tüketimi anlamına gelir. Kısacası, daha verimli olan çipler.
EDA yazılımı, bu konuda en profesyonel yazılımlardan biri olan Cadence örneğinde olduğu gibi (Intel, AMD, vb. gibi bazı şirketler kendi “ev yapımı” yazılımlarını kullanıyor olsa da) bu tasarımları bileşen kitaplıklarına zaten dahil ediyor. ).
Sonuç olarak, bu transistörleri bu endüstri için çok umut verici bir gelecek haline getiren akım, enerji verimliliği, tasarım esnekliği, anahtarlama hızı ve performans açısından bir dizi iyileştirme. Bununla birlikte, daha az yüzey alanı işgal etmek, yüzey alanını işgal etmemek anlamına gelmediğinden ve birim alan başına daha yüksek derecede entegrasyon ve transistör yoğunluğu gerektiği göz önüne alındığında, bunların da sınırlamaları vardır, yakın zamanda yeni gelişmeler görmemiz çok muhtemeldir. yeni ihtiyaçları karşılamak için tasarımlar. Bu ve egzotik malzemeler, silikon bazlı teknolojiyi birkaç yıl daha uzatmaya devam etmek için yeni kapılar açabilir.
Bunlar, bu makaleyi okumak için şu anda kullandığınız çiplerin işini yapan küçük yarı iletken cihazlardır. Sizce bu sektörde bir sonraki adım ne olacak?