FinFET транзисторы – это новое направление в проектировании микросхем, в котором за счет использования трехмерного затвора транзистора в форме плавника повышается эффективная ширина затвора при сходной площади логической ячейки.
Структура состоит из “плавника” (fin) – т.е. из области диффузии для стока и истока, которая окружена затвором. Физические размеры транзистора описываются высотой плавника, толщиной плавника (или кремния) и длиной канала.
После такого описания и с учетом того, что вы читали прошлые заметки цикла, вы можете понять, что такое уменьшение пойдет на пользу компоновки изделия. Но на этом самое интересное только начинается. Так как инженерам не спится спокойно и их мучает интеллектуальные и проектные изыскания с целью таки создать “убер-вафлю”, они понапридумывали еще несколько разновидностей этого транзистора.
SG (Shorted-Gate) или TG (Tri-gate) FinFET – затворы транзистора соединены между собой. В данный момент активно осваивается в приложении к высокопроизводительным системам.
IG (Independent-Gate) или DG (Double-Gate) FinFET, затворы транзистора независимы (на каждый затвор подается свой сигнал). Очень интересны с точки зрения применения для создания простейших логических топологических единиц. В плане уменьшения статической мощности и занимаемой площади для элементов NAND2, NOR2 и NOT IG-FinFET эффективнее, чем SG-FinFET. Затворы IG-FinFET транзистора независимы, это позволяет использовать один из затворов (back-gate) для обратного смещения транзистора, что дает возможность управлять пороговым напряжением этого транзистора, а тем самым и утечками и задержками транзистора. А это его главнейшие параметры. Для тех, кто в танке: от этого зависит чистота работы транзистора, т.е скорость переключения. Чем быстрее она при одинаковой микроархитектуре, тем быстрее ваши игрульки и контактики бегают.
В данный момент технология производства данного вида транзисторов только только обкатывается на массовых продуктах в микроэлектронике – это очень интересная подложка с использованием арсенида индия-галлия и фосфида индия. Кремниевые ребра FinFET-транзисторов на арсенид индия-галлия (InGaAs) и фосфид индия (InP), хорошо согласующиеся с 8%-ным несовпадением атомарных решеток. Новый метод основан на улавливании соразмерных дефектов кристаллической решетки, структуре канавок и инновациях в эпитаксиальном процессе. В результате вещества III-V групп, интегрированные в кремниевом FinFET-устройстве, показывают отличные технические характеристики.
Также в данный момент идут интенсивное изменение и поиск оптимальной геометрической формы плавника. При низком напряжении на затворе максимальная плотность тока наблюдается посередине канала, где затвор в наименьшей степени способен контролировать переключение устройства. Обедненная область, появление которой связано с высоколегированной областью в самой нижней части канала, предотвращает протекание тока в этой зоне, что является недостатком архитектуры FinFET. При высоком напряжении затвора ток протекает в направлении поверхности раздела. Плотность тока в этой области максимальна за счет фокусирующего действия поля затвора и квантово-механического эффекта концентрации заряда в малой кольцевой зоне.Самое интересное нововведение – это изменения распределения легирования в плавнике. Если верить информации, гуляющей по сети, то все крупные игроки так и не пришли к общему выводу. И даже все образовываемые консорциумы не особо делятся данными технологиями внутри.
Вот представьте, что у вас между соседними транзисторами не превышает 8 нм. А сложность травления растет…
Сложность проектирования растет пропорционально. В данный момент вышло 3 сборника основных решений топологии и ограничений при проектировании, еще не до конца освоенного контрактным производителем в лице TSMC процесса 16 нм при использовании FinFet транзисторов – при том, что 16 нм – это величина самого маленького элемента.
Но вернемся к самим транзисторам. Теперь слой диэлектрика приходится увеличить до 8-12 слоев металлизации, а всему вина сложность травления в вертикальной проекции. Из-за невозможности гарантировано произвести одинаковую по качеству операцию, что приведет к большим проблемам во время металлизации, и так разрушающей кристаллическую решетку… А там и токи утечки подтянутся, которые все не особо хороши. Но главное преимущество у нас в рукаве – расположение! Вертикальное расположение позволяет изменить длину соединений и соответственно шумов и паразитных излучений. А также длину пути сигнала, что способствует улучшению частотных характеристик. Но за все приходится платить – в данном случае сильно возросшим тепловым потоком. Раньше количество транзисторов на единицу площади было в несколько раз меньше, и виной тут не только и не столько
