IEDM 2021:三星攜IBM介紹VTFET半導(dǎo)體芯片研究新突破
在今年于加州舊金山舉辦的第 67 屆國(guó)際電子器件會(huì)議(IEDM 2021)上,三星與 IBM 在“3D at the Device Level”討論環(huán)節(jié)宣布,其已攜手在下一代半導(dǎo)體芯片的設(shè)計(jì)技術(shù)上取得了重大突破。據(jù)悉,這項(xiàng)突破性的 VTFET 新技術(shù),允許晶體管在垂直方向上堆疊。不僅有助于縮小半導(dǎo)體芯片的尺寸,還能夠使之變得更加強(qiáng)大和高效。
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談話期間,IBM 與三星解釋了如何通過將電路從水平改到垂直方向,同時(shí)讓占地面積縮小的半導(dǎo)體芯片更加強(qiáng)大和高效。
在摩爾定律“1.0”時(shí)代,行業(yè)內(nèi)的 CMOS 晶體管都是以橫向方式構(gòu)建的。在經(jīng)歷了數(shù)十年的無數(shù)次工藝進(jìn)步之后,我們現(xiàn)在可以將數(shù)十億個(gè)晶體管放入一枚小巧的芯片中。
IBM and Samsung Unveil Semiconductor Breakthrough(via)
然而隨著工藝日漸逼近原子極限,半導(dǎo)體行業(yè)正在向垂直方向積極轉(zhuǎn)進(jìn)。WCCFTech 指出,受基于溝槽的 DRAM 垂直存取晶體管的啟發(fā),IBM 和三星的一支研究團(tuán)隊(duì)描述了他們是如何改變晶體管架構(gòu)的。
具體說來是,他們?cè)隗w硅上使用了所謂的“垂直輸送納米片”(簡(jiǎn)稱 VTFET)和 45nm 納米柵極工藝,來制造一款互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)元件。
此前的 2D 半導(dǎo)體芯片,都是水平放置在硅表面上的,而電流則沿著水平方向去流動(dòng)。不過得益于 3D 垂直設(shè)計(jì),新技術(shù)將有助于突破摩爾定律的性能限制,以達(dá)成更高的能源效率。
與當(dāng)前的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FinFET)相比,VTFET 有望帶來翻倍的性能、以及高達(dá) 85% 的效率提升。(加密貨幣挖礦行業(yè)也有望獲益于此)
在搞定了柵極長(zhǎng)度和間隔尺寸(決定柵極 / 晶體管間距)這兩個(gè)關(guān)鍵因素之后,3D 垂直器件設(shè)計(jì)方案使得芯片制造商能夠繼續(xù)沿著摩爾定律的方向去發(fā)展。
此外由于降低了靜電和寄生損耗(SS=69/68 mV/dec 且 DIBL= <30mV),VTFET 器件有望提供出色的工作電壓和驅(qū)動(dòng)電流。
為驗(yàn)證這一概念,研究人員使用了 VTFET 來制作功能性環(huán)形振蕩器(測(cè)試電路)。結(jié)果發(fā)現(xiàn),與橫向參考設(shè)計(jì)相比,新技術(shù)可減少 50% 的電容。
最后,雖然目前尚無任何有關(guān) VTFET 商用商品將于何時(shí)到來的消息,但包括英特爾在內(nèi)的多家科技巨頭,均在埃級(jí)芯片的研究上投入了大量的心力。
如果一切順利,英特爾有望于 2024 年 4 季度,發(fā)布基于 Intel 20A 品牌的新一代半導(dǎo)體芯片。
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