СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №1/2015

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 27 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 1 2015 Ток канала (стандартизированный) 0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10 1Е-05 0,0 0,2 Уменьшенный ток утечки Трёхзатворный Планарный 0,4 0,6 0,8 1,0 Напряжение затвора, В Планарный Трёхзатворный Затвор Ширина Эффективная ширина Кремниевая подложка Кремниевая подложка Затвор водители полупроводникового обо- рудования определили технологию 3D-транзисторов как основной инстру- мент достижения высоких показателей в полупроводниках над техпроцессами 20-нм или 22-нм. О СНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРЫ T RI -G ATE Транзисторыс3D-геометриейиструк- турой Tri-Gate имеют существенные преимущества перед транзисторами планарной структуры. Все они отно- сятся к «опоясывающему» эффекту затворов MOSFET вокруг источника утечки. Эти преимущества отражаются в возрастающей производительности, уменьшении энергопотребления и тока утечки, компактности дизайна транзи- стора и в уменьшении подверженности эффекту одиночного сбоя (SEU) иони- зирующими зарядами (см. рис. 1). Ключевое преимущество транзисто- ров с технологией Tri-Gate перед тран- зисторами традиционной планарной структуры может заключаться в эффек- тивной ширине проводящего канала. Текущая способность проводимо- сти и производительности транзисто- ра непосредственно пропорциональна эффективной ширине канала. Эффек- тивная ширина канала в транзисторе с 3D-структурой может быть значитель- но увеличена относительно планар- ного благодаря способности увеличи- вать ширину в третьем измерении, как показано на рисунке 1. Это улучшает приспособляемость конструкции для проектировщика транзистора и уве- личивает производительность без тех ухудшений, которые появляются при увеличении ширины канала в планар- ном транзисторе. Преимущество по энергопотребле- нию проявляется благодаря усилению контроля канала электрическим полем затвора на трёх сторонах ребра. Это понижает порог тока утечки от исто- ка до стока в «закрытом» состоянии по сравнению с планарным транзисто- ром. Кроме того, благодаря Tri-Gate транзисторам, мощность напряже- ния может быть значительно умень- шена, и в то же время из-за увеличен- ной эффективной ширины канала, по сравнению с планарным транзисто- ром, будет поддерживаться бо ′ льшая скорость. В результате эффективный расход энергии и уменьшение тока утечки дают существенную экономию энергии. Преимущество в энергосбережении на своих форумах Intel Developer Fo- rums (2011, 2012) компания Intel Cor- poration объясняла более крутой под- пороговой кривой Tri-Gate транзисто- ра (см. рис. 2). Проектировщики так- же могут использовать преимущества более крутой подпороговой кривой для сокращения тока утечки планарно- го транзистора той же производитель- ности и для транзистора существенно более высокой производительности, а также для комбинации обоих. При появлении каждого нового поколения технологии производства кремния происходит сжатие геомет- рии транзистора или уменьшение общей его структуры и затвора, что увеличивает плотность. Сама 3D-струк- тура Tri-Gate также приводит к увели- чению плотности транзисторов, уве- личивая ширину проводящего канала транзистора в третьем измерении. Это позволяет проектировщикам выби- рать альтернативный размер и шири- ну «ребра», основываясь на рабочих характеристиках, производительно- сти и плотности транзистора. В слу- чае если Altera перейдёт на структуру Tri-Gate по 14-нм техпроцессу, компа- ния извлечёт из этого немалую выго- ду: сжатие геометрии транзистора до 14-нм техпроцесса и дальнейшее уве- личение плотности благодаря техно- логии Tri-Gate в 3D-транзисторах. Снижение влияния эффекта одиноч- ного сбоя (SEU) достигается благода- ря небольшой площади поперечного сечения соединения ребра с основа- нием в структуре Tri-Gate. Это умень- шает область, в которой может быть коллектирован заряд, произведённый ионизацией частицы, что наблюдается в транзисторах плоскостной структу- ры. Малая вероятность появления заря- женных частиц, вызывающих всплески в схемах, основанных на транзисторах, подтверждается ранними тестирова- ниями внедрения транзисторов Tri- Gate в устройства Intel по 22-нм тех- процессу. П РОИЗВОДСТВО УСТРОЙСТВ НА ОСНОВЕ ТЕХНОЛОГИИ T RI -G ATE Преимущества транзисторов Tri-Gate изучены и достаточно хорошо извест- ны, но при внедрении их в устройства ориентируются не только на техноло- гии и возможности производства, но, в первую очередь, на рентабельность. Производство полупроводников ма- лых конфигураций (40-нм, 28-нм, 22-нм или 20-нм и выше) требует боль- ших расходов на научные исследова- ния. Именно это ограничивает приме- нение данной технологии, так как на её развитие требуются миллиарды дол- Рис. 1. Эффективность ширины каналов планарного транзистора и транзистора Tri-Gate структуры Рис. 2. Транзисторы структуры Tri-Gate с более крутой подпороговой кривой