Intel: трехмерные транзисторы -- ключ к дальнейшему повышению быстродействия чипов
1 октябрь, 2002 - 23:00Алексей ГвозденкоНа проходившей недавно в Токио конференции International Solid State Devices and Materials компания Intel продемонстрировала технологию, которая, по ее словам, знаменует начало "трехмерной эпохи" в полупроводниковой индустрии.
Мы уже привыкли к тому, что большинство новых полупроводниковых технологий ориентированы непосредственно на повышение быстродействия микросхем. Но в данном случае ситуация несколько специфична: созданная специалистами компании Intel конструкция транзистора с тройным затвором, или так называемого трехмерного транзистора, должна в первую очередь устранить ряд проблем, мешающих дальнейшему увеличению производительности чипов, и прежде всего -- проблему утечки энергии при переходе на технологию с более высоким уровнем детализации.
"Проводившиеся исследования показали, что после преодоления для длины затвора
рубежа в 30 нм традиционные планарные транзисторы вследствие ряда физических причин
начинают давать утечку слишком большого количества энергии. Это является серьезным
препятствием на пути дальнейшего наращивания быстродействия, -- отмечает д-р Джеральд
Марчик (Gerald Marcyk), директор лаборатории Intel по разработкам в области компонентов.
-- Архитектура с тройным затвором откроет нам путь к созданию сверхмалых транзисторов,
которые обеспечат достижение еще более высокой скорости работы чипов при низком
уровне энергопотребления".Упомянутые транзисторы представляют собой структуру, которая похожа на приподнятую горизонтальную плоскость с вертикальными стенками. Она позволяет передавать электрические сигналы как по "крыше" транзистора, так и по обеим его "стенкам". Фактически увеличивается площадь сечения, доступного для протекания тока, и при этом не требуется дополнительного места на плоскости микросхемы (т. е. определение "трехмерный" применимо к подобному решению в том смысле, что оно предполагает использование некоей объемной схемы прохождения сигналов). В результате, с одной стороны, предотвращается утечка энергии, с другой -- достигается дополнительное (примерно 20%-ное) увеличение силы тока и, как следствие, -- своеобразный "побочный" прирост быстродействия. Кроме того, подобная архитектура обеспечивает возможность создания так называемых многоканальных структур, представляющих собой несколько истоков и стоков с одним общим тройным затвором и позволяющих добиться дополнительной оптимизации рабочих параметров.
В принципе, проблема утечки тока может быть решена одним лишь методом полного обеднения подложки, однако, по словам специалистов Intel, здесь существует определенная сложность. Чтобы "унифицировать" рабочее напряжение транзисторов по всей микросхеме при использовании планарной архитектуры, в случае приведенной Марчиком длины затвора в 30 нм необходимо выдержать толщину рабочего кремниевого слоя в 10 нм, что при массовом производстве сделать весьма трудно. В то же время при трехмерной структуре достаточной величиной для указанного параметра является 30 нм, и это уже вполне приемлемо. Таким образом, она фактически расширяет возможности применения упомянутого метода -- одного из трех ключевых элементов архитектуры TeraHertz, анонсированной Intel в конце прошлого года ("Компьютерное Обозрение", # 46, 2001). Именно для ее дальнейшего развития и предназначена, согласно заявлению компании, новая технология.
На сегодняшний день Intel удалось получить прототипы трехзавторных транзисторов с уровнем детализации 0,13 мкм и длиной затвора 65 нм. При этом ток утечки у них в сравнении с однозатворными транзисторами с полностью обедненной подложкой уменьшается в 10--100 раз. Такой же результат дает переход к использованию полностью обедненной подложки в чипах с планарной структурой.
Как утверждает Intel, перед другими непланарными решениями (двухзавторные транзисторы, FinFET и т. д.) ее технология имеет существенное преимущество с точки зрения как пригодности к массовому производству, так и быстродействия. Ну а начать выпуск полупроводниковых устройств, использующих трехзавторные транзисторы, предполагается где-то после 2005 г.