Le transistor GAAFET arrive!

Table des matières

🌟 Début
🔍 Qu'est-ce qu'un transistor?
🔧 Les effets des canaux courts

🌟 Aller à Multigate
💡 Origine des effets de canal court
🛠 Interférence des champs électriques

🌟 Porte tout autour
🧬 Le GAAFET itère sur le concept du FinFET
🏭 Fabrication d'un GAAFET

🌟 Gains
💪 Avantages du passage à la Gate-All-Around

🌟 Course à la porte
🏆 TSMC a dominé l'ère du FinFET
🔄 Les premières offres de GAAFET de Samsung et Intel

🌟 Conclusion
🔮 Quel est le prochain après le GAAFET?

Début

Qu'est-ce qu'un transistor?

Le transistor, c'est un interrupteur, tout simplement. Il est contrôlé activement. Il y a une source et un drain, constitués de régions de dopage de silicium avec un élément dopant implanté à l'Aide d'un faisceau d'ions. Entre la source et le drain, nous avons la grille et l'oxyde de grille. Ces éléments reposent sur le canal et le contrôlent à travers un phénomène appelé "couplage capacitif". Lorsque la grille reçoit une certaine tension - appelée tension de seuil - elle s'allume ou s'ouvre. Cela permet le flux d'électrons ou de trous d'électrons de la source au drain le long du canal. Ce contrôle de la capacité d'un matériau à conduire de telles particules est appelé "effet de champ". C'est ainsi que le matériau semi-conducteur tire son nom.

Les effets des canaux courts

Dans un monde parfait, le transistor bascule instantanément. Mais notre monde est imparfait. Après des décennies de réduction de la taille du MOSFET planaire original, nous avons commencé à souffrir d'une série de ce que nous appelons des effets de canaux courts. Ces effets courts se manifestent sous deux formes principales. Premièrement, la tension de seuil, ou la tension à laquelle la grille s'ouvre et crée le courant entre la source et le drain. Lorsque le canal était plus long, la tension de seuil était constante et indépendante de tout facteur externe. Mais lorsque le canal a raccourci, nous avons découvert que la tension de seuil n'était plus constante et indépendante. Au lieu de cela, elle diminuait - ou "décroissait" - à mesure que le canal raccourcissait. Cela exacerbait à son tour quelque chose appelé "fuite sous le seuil". Lorsque la tension de la grille baisse en dessous du seuil, elle est censée fermer proprement le courant entre la source et le drain. Mais cela ne se produit pas toujours, et le courant résiduel - comme un robinet qui goutte - est appelé la "fuite sous le seuil". La plus basse est la tension de seuil, plus la fuite sous le seuil est élevée en retour. La deuxième manifestation majeure des effets de canaux courts dans un transistor est le "Abaissement de la barrière induite par le drain" ou DIBL. C'est là que la source et le drain sont maintenant si proches l'un de l'autre que les électrons de la source peuvent se diffuser dans le drain - souvent en se glissant sous la grille comme un lapin. Le DIBL entraîne un petit courant parasite, de sorte que le transistor utilise de l'énergie même lorsqu'il est en "veille" et ne fait rien. Multipliez ces deux effets de canaux courts sur des milliards de transistors et vous avez un sérieux problème de consommation d'énergie.

Aller à Multigate

Origine des effets de canal court

Les effets de canal court proviennent de l'interférence via les champs électriques sortant de la source et du drain. La grille planaire originale repose sur le canal - le touchant sur un seul côté. Un champ électrique se projette à partir de cette grille planaire dans une direction - à travers le canal et dans le silicium. Cela contrôle le comportement du canal. Mais la source et le drain projettent des champs électriques propres, et ceux-ci empiètent maintenant horizontalement dans le canal - "volant" le contrôle de la grille. Un peu comme des conversations bruyantes venant de vos voisins dans un bar perturbant vos tentatives de dire des choses douces et romantiques à Siri. Pendant des années, l'industrie savait que cela arrivait. Mais pendant longtemps, ils ont réussi à atténuer les effets de canaux courts en abaissant la tension, en dopant lourdement le canal ou en réduisant les profondeurs de la source et du drain.

Porte tout autour

Le GAAFET itère sur le concept du FinFET

Le GAAFET itère sur le concept du FinFET en enveloppant entièrement la grille autour du canal. D'où le nom "porte tout autour" - qui est apparu pour la première fois dans un document de 1990 de Jean Pierre Colinge, M. H. Gao, A. Romano, et d'autres. En fait, le nom décrit moins une structure de transistor spécifique que toute une classe de transistors. La grande similitude est que leurs grilles entourent complètement le canal plutôt que sur juste trois côtés. Dans la catégorie générale du GAAFET, nous avons deux grandes sous-catégories : les nanofils et les nanofeuilles. Les noms décrivent la forme du canal - les canaux de nanofils sont plus ronds que les feuilles. Et pour une raison quelconque, ils me rappellent des tiges d'acier traversant des blocs de béton. Les structures physiques de nanofils et de nanofeuilles offrent leurs propres compromis. Par exemple, les canaux de nanofils plus petits donnent à leurs grilles plus de contrôle sur le flux d'électrons. Mais cela entrave également le flux d'électrons lorsque la grille est ouverte. Cela signifie que nous devons probablement empiler ces nanofils. Mais seulement jusqu'à un certain point, car si nous empilons trop haut, ils pourraient interférer avec les couches d'interconnexion construites au-dessus d'eux.

Fabrication d'un GAAFET

Le flux de process