Современная электроника №3/2023

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 40 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 3 / 2023 нее межатомное напряжение наиболее сильное в структурах трубки , изогну - той в виде « кресла », то и самые высо - кие значения прочности на разрыв наблюдаются именно в таких типах CNT [15]. Эти и другие уникальные свойства углеродных нанотрубок находят всё большее применение в таких прило - жениях , как производство элементов микроэлектроники , системы очист - ки от вредных примесей , новые типы аккумуляторов , фильтры электромаг - нитного излучения , сверхточные опти - ческие системы контроля , ударопроч - ные композиционные материалы и многие другие [16–18]. Для производства углеродных нано - трубок были разработаны специальные методы , среди которых можно отме - тить такие , например , как : дуговой разряд ; лазерная абляция ; химическое осаждение из паровой фазы (CVD); диспропорционирование моноокси - да углерода под высоким давлением (HiPCO). Большинство этих процессов происходит в вакууме или с техноло - гическими газами . Более подробную информацию на эту тему можно най - ти в статье [19]. Наибольших коммерческих успехов молекулярная электроника добилась в производстве современных микрочи - пов SoC. Это действительно так , если учесть , что годовой оборот мирового рынка микроэлектронных компонен - тов составляет сотни миллиардов дол - ларов . Современные чипы system-on-a- chip (SoC) содержат сотни миллионов транзисторов на одном квадратном миллиметре кристалла . Конструкция транзисторов этих чипов исторически прошла через три этапа . Три основ - ных типа конструкций транзисторов микрочипов SoC показаны на рис . 2. В основном все транзисторы в чипах SoC представляют собой простей - шие транзисторные ключи , содержа - щие исток , сток , затвор , подложку . То есть этот ключ (gate), переключаемый внешним напряжением , либо откры - вает канал протекания тока (channel), либо перекрывает его , обеспечивая тем самым на выходе логические ноль или единицу . Наиболее широко используемые транзисторы в современной полупро - водниковой промышленности отно - сятся к классу металло - оксидных полупроводников ( МОП ). На край - ней слева картинке ( рис . 2) показана структура планарного МОП – тран - зистора (planar), у которого затвор и проводящий канал расположены в одной плоскости . На рис . 2 показаны три его основные части – металличе - ский электрод , оксидный изолятор и полупроводниковый канал . Планар - ная конструкция имеет ограничения по минимизации , связанные с тем , что по мере того , как расстояние между истоком и стоком становится меньше , затрудняется работа затворов в каче - стве переключателя ( эффект коротко - го канала – short-channel effect, SCE). С целью преодоления эффекта SCE был разработан транзистор сле - дующего поколения с полным обе - днением (Fully Depleted transistor). В этом транзисторе используется тон - кий кремниевый канал (thin silicon), позволивший эффективно управлять миниатюрным затвором . Вместо пло - ской 2D- конструкции в этом транзисто - ре используются вертикальные ребра с размещённым внутри прямоугольным каналом , который соединён с затво - рами с трёх сторон ( средняя схема на рис . 2). Таким образом , ребристый транзистор имеет объёмную структу - ру , которая позволяет трём сторонам канала ( исключая его дно ) контакти - ровать с затворами . Поскольку этот тонкий стоячий канал чем - то напо - минает спинной плавник рыбы , его также называют плавниковым тран - зистором (fin transistor). Кроме того , что 3D- контакт с затворами улучшает характеристики полупроводника , такая конструкция позволяет снизить управ - ляющее рабочее напряжение . На сегодняшний день большинство FinFET изготавливаются методом « сверху вниз », при этом проводящее ребро вытравливается из объёмной плоскости кристалла . В июне 2022 года концерн Samsung Electronics объявил о начале произ - водства своего нового технологиче - ского узла с применением архитектуры транзисторов Gate-All-Around (GAA) – 3 nm на базе технологии Multi-Bridge- Channel FET (MBCFET™) [21]. Уместно обратить внимание на то , что «3 nm» не означает точный раз - мер проводников или транзисторов в этой новой технологии . Здесь «3 nm» выполняет роль одной из частей назва - ния новой технологии . Так же , как и в предыдущих маркетинговых схемах , «3 nm», «5 nm», «7 nm», «14 nm» и т . д . обозначает условный масштаб , харак - теризующий степень уплотнения ком - плектующих на кристалле – die shrink, а не истинный размер , например , тран - зисторов и памяти в этой технологии . Упоминание «3 nm» говорит только о том , что данная технология в принци - пе способна изготавливать конструк - ции такого размера [22]. Возникает вполне закономерный вопрос : если «3 nm», «5 nm», «7 nm», «14 nm» и т . д . – это лишь некоторые отвлеченные названия , то каковы же реальные размеры компонентов в чипах этих технологий ? Ни одна из фирм – производителей чипов не сооб - щает абсолютно никаких технических подробностей о технологических про - цессах , в том числе и размеры прово - дников , транзисторов , памяти и т . д . Однако эти параметры можно оце - нить , используя публикации сторон - них разработчиков . Так , в статье [23] рассмотрена спец - ификация технологии «TSMC – 7 nm – CMOS – 2016», которая была обнародо - вана для участников альянса . В част - ности , в документе «Paper #2.7, 7 nm Platform Technology Featuring 4th Generation FinFET Transistors» сказа - но , что при использовании литогра - фии EUV с длиной волны UF 13.5 nm расстояние между транзисторами (gate poly pitch) составляет 44/48 нм и шаг металлизации равен 36 нм . В этой же спецификации говорит - ся о том , что ячейка памяти «High- Рис . 2. Три основных типа конструкций транзисторов микрочипов SoC [20] 1 затвор на канал 3 затвора на канал 4 затвора на канал