FinFET - FinFET
Fin kanavatransistori ( FinFET ) on Multigate laite , joka on MOSFET (metalli-oksidi-puolijohde kanavatransistori ) rakennettu substraatille , jossa portti on sijoitettu kaksi, kolme tai neljä kanavan sivut tai kiedottu kanava muodostaen kaksois- tai jopa usean portin rakenteen. Näille laitteille on annettu yleisnimi "FinFET", koska lähde-/tyhjennysalue muodostaa rivat piin pinnalle. FinFET-laitteilla on huomattavasti nopeammat kytkentäajat ja suurempi virrantiheys kuin tasomaisella CMOS -tekniikalla (täydentävä metallioksidipuolijohde).
FinFET on eräänlainen ei-tasomainen transistori tai "3D" transistori. Se on perusta nykyaikaisille nanoelektronisille puolijohdelaitteille . Mikrosirut käyttäen FinFET portit ensimmäinen tuli kaupallistettu ensimmäisen puoli 2010-luvun, ja tuli hallitseva portin muotoilua 14 nm , 10 nm ja 7 nm prosessi solmut .
On tavallista, että yksi FinFET -transistori sisältää useita rivejä, jotka on järjestetty vierekkäin ja jotka kaikki ovat saman portin peitossa ja jotka toimivat sähköisesti yhtenä, lisäävät käyttövoimaa ja suorituskykyä.
Historia
Sen jälkeen, kun MOSFET osoitettiin ensimmäisen Mohamed Atalla ja Dawon Kahng on Bell Labs vuonna 1960, käsite kaksinkertaisen portti ohutkalvotransistori (TFT) ehdotti HR Farrah ( Bendix Corporation ) ja RF-Steinberg vuonna 1967. Double portin MOSFET ehdotti myöhemmin Toshihiro Sekigawa Sähkötekniikan laboratoriosta (ETL) vuonna 1980 patentissa, joka kuvaa tasomaista XMOS -transistoria. Sekigawa valmisti XMOS-transistorin Yutaka Hayashin kanssa ETL: ssä vuonna 1984. He osoittivat, että lyhyen kanavan vaikutuksia voidaan vähentää merkittävästi kerrostamalla täysin tyhjentynyt silikoni-eriste (SOI) -laite kahden yhteen yhdistetyn hilaelektrodin väliin .
Ensimmäistä FinFET-transistorityyppiä kutsuttiin "Depleted Lean-channel Transistor" tai "DELTA" transistoriksi, jonka Hitachi Central Research Laboratoryn Digh Hisamoto, Toru Kaga, Yoshifumi Kawamoto ja Eiji Takeda valmistivat ensimmäisen kerran Japanissa vuonna 1989. Portti voi kattaa ja koskettaa sähköisesti puolijohdekanavan evien sekä ylä- että sivuilla tai vain sivuilla. Ensimmäistä kutsutaan kolmiporttiseksi transistoriksi ja jälkimmäistä kaksiportaiseksi transistoriksi . Kaksoisporttitransistori voi halutessaan liittää molemmat puolet kahteen eri liittimeen tai koskettimeen. Tätä vaihtoehtoa kutsutaan split -transistoriksi . Tämä mahdollistaa tarkemman transistorin toiminnan ohjauksen.
Indonesialainen insinööri Effendi Leobandung, työskennellessään Minnesotan yliopistossa , julkaisi Stephen Y. Choun kanssa paperin 54. laitteistotutkimuskonferenssissa vuonna 1996, jossa esiteltiin laaja CMOS -transistorin leikkaaminen moniin kapeisiin kanaviin laitteen skaalauksen parantamiseksi ja lisäämiseksi. laitteen virtaa lisäämällä tehollista laitteen leveyttä. Tämä rakenne näyttää miltä moderni FinFET näyttää. Vaikka jonkin verran laitteen leveyttä uhrataan leikkaamalla se kapeille leveyksille, kapeiden evien sivuseinän johtuminen korvaa enemmän kuin korkeat evät. Laitteen kanavan leveys oli 35 nm ja kanavan pituus 70 nm .
Digh Hisamoton DELTA-transistoreita koskevan tutkimuksen mahdollisuudet kiinnittivät DARPA: n ( Defense Advanced Research Projects Agency ) huomion , joka myönsi vuonna 1997 sopimuksen UC Berkeleyn tutkimusryhmälle kehittämään DELTA-tekniikkaan perustuvan syvän mikromikronisen transistorin. Ryhmää johti Hisamoto yhdessä TSMC : n Chenming Hu: n kanssa . Tiimi teki seuraavat läpimurrot vuosina 1998-2004.
- 1998- N-kanavainen FinFET ( 17 nm )-Digh Hisamoto, Chenming Hu, Tsu-Jae King Liu , Jeffrey Bokor, Wen-Chin Lee, Jakub Kedzierski, Erik Anderson, Hideki Takeuchi, Kazuya Asano
- 1999- P-kanava FinFET ( alle 50 nm )-Digh Hisamoto, Chenming Hu, Xuejue Huang, Wen-Chin Lee, Charles Kuo, Leland Chang, Jakub Kedzierski, Erik Anderson, Hideki Takeuchi
- 2001 - 15 Nm FinFET - Chenming Hu Yang-Kyu Choi, Nick Lindert, P. Xuan, S. Tang, D. Ha, Erik Anderson, Tsu-Jae kuningas Liu, Jeffrey Bokor
- 2002 - 10 nm FinFET - Shibly Ahmed, Scott Bell, Cyrus Tabery, Jeffrey Bokor David Kyser, Chenming Hu, Tsu-Jae kuningas Liu, Bin Yu, Leland Chang
- 2004- Korkea-k / metalliportti FinFET-D.Ha, Hideki Takeuchi, Yang ‐ Kyu Choi, Tsu-Jae King Liu, W.Bai, D.‑L. Kwong, A. Agarwal, M. Ameen
He loivat termin "FinFET" (fin-kenttävaikutustransistori) joulukuussa 2000 julkaistussa paperissa, jota käytettiin kuvaamaan SOI-alustalle rakennettua ei-tasomaista, kaksiportaista transistoria.
Vuonna 2006 ryhmä Korean tutkijoita Koreasta Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) ja National Nano Fab Centre kehittänyt 3 nm transistori, maailman pienin nanoelektroniikan laite, joka perustuu gate-all-around (GAA) FinFET tekniikka . Vuonna 2011 Rice-yliopiston tutkijat Masoud Rostami ja Kartik Mohanram osoittivat, että FinFET-laitteissa voi olla kaksi sähköisesti itsenäistä porttia, mikä antaa piirisuunnittelijoille enemmän joustavuutta suunnitella tehokkaita, pienitehoisia portteja.
Kaupallistaminen
TSMC esitteli joulukuussa 2002 alan ensimmäisen 25 nanometrin transistorin, joka toimii vain 0,7 voltilla . "Omega FinFET" design, nimetty samankaltaisuuden kreikkalainen kirjain " Omega " ja muoto, jossa portti kiertyy lähde / nielu rakenne, on portti viive vain 0,39 pikosekunnin (ps): n N-tyypin transistori ja 0,88 ps P-tyypille.
Vuonna 2004 Samsung esitteli "Bulk FinFET" -suunnittelun, joka mahdollisti FinFET-laitteiden massatuotannon. He esittivät dynaamisen satunnaismuistin ( DRAM ), joka on valmistettu 90 nm: n Bulk FinFET -prosessilla.
Vuonna 2011 Intel esitteli kolmiportaisia transistoreita , joissa portti ympäröi kanavaa kolmelta puolelta, mikä mahdollistaa energiatehokkuuden ja pienemmän hilaviiveen-ja siten paremman suorituskyvyn-tasotransistoreihin verrattuna.
Kaupallisesti tuotetuissa siruissa, joiden aallonpituus on 22 nm ja alle, on yleensä käytetty FinFET -porttimalleja (mutta tasomaisia prosesseja on olemassa aina 18 nm: iin asti ja 12 nm kehityksessä). Intelin kolmiporttinen versio julkistettiin 22 nm: ssä vuonna 2011 Ivy Bridge -mikroarkkitehtuuristaan . Nämä laitteet on toimitettu vuodesta 2012 lähtien. Vuodesta 2014 lähtien suuret valimot (TSMC, Samsung, GlobalFoundries ) käyttivät 14 nm: n (tai 16 nm: n) FinFET -malleja.
Vuonna 2013 SK Hynix aloitti 16 nm: n prosessin kaupallisen massatuotannon , TSMC aloitti 16 nm: n FinFET-prosessin tuotannon ja Samsung Electronics aloitti 10 nm: n prosessin tuotannon. TSMC aloitti 7 nm: n prosessin tuotannon vuonna 2017 ja Samsung aloitti 5 nm: n prosessin tuotannon vuonna 2018. Vuonna 2019 Samsung ilmoitti suunnitelmistaan 3 nm: n GAAFET -prosessin kaupallista tuotantoa vuoteen 2021 mennessä.
Kaupallinen tuotanto nanoelektroniikan FinFET puolijohde muisti alkoi 2010-luvulla. Vuonna 2013 SK Hynix aloitti 16 nm: n NAND-flash- muistin massatuotannon ja Samsung Electronics aloitti 10 nm: n monitasoisen (MLC) NAND-flash-muistin tuotannon. Vuonna 2017 TSMC aloitti SRAM -muistin tuotannon käyttämällä 7 nm: n prosessia.