FinFET транзисторы: что это такое, принцип работы и преимущества. 3D-структура, высокая скорость переключения и плотность тока в современной электронике.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Введение
Тип неплоского транзистора
Type of non planar transistor
fin shaped field effect transistor
Транзистор с эффектом поля в форме плавника (FinFET) – это многозатворный прибор, MOSFET (металл-оксид-полупроводниковый транзистор с эффектом поля), построенный на подложке, где затвор размещен на двух, трех или четырех сторонах канала или охватывает канал, формируя двойную или многозатворную структуру. Эти приборы получили общее название "FinFET", поскольку область истока/стока формирует плавники на поверхности кремния. Приборы FinFET обладают значительно более высокой скоростью переключения и плотностью тока по сравнению с планарной CMOS (комплементарной металл-оксид-полупроводниковой) технологией. FinFET является типом неплоского транзистора, или "3D"-транзистора. Он лежит в основе современного производства наноэлектронных полупроводниковых приборов. Микросхемы, использующие затворы FinFET, впервые начали коммерциализироваться в первой половине 2010-х годов и стали доминирующей конструкцией затворов в технологических нормах 14 нм, 10 нм и 7 нм. Обычно один транзистор FinFET содержит несколько плавников, расположенных рядом друг с другом и полностью покрытых одним и тем же затвором, которые электрически функционируют как единое целое. Количество плавников можно изменять для регулировки управляющей способности и производительности, при этом управляющая способность увеличивается с увеличением числа плавников.
A fin field effect transistor (FinFET) is a multigate device, a MOSFET (metal–oxide–semiconductor field effect transistor) built on a substrate where the gate is placed on two, three, or four sides of the channel or wrapped around the channel, forming a double or even multi gate structure. These devices have been given the generic name "FinFETs" because the source/drain region forms fins on the silicon surface. The FinFET devices have significantly faster switching times and higher current density than planar CMOS (complementary metal–oxide–semiconductor) technology. FinFET is a type of non planar transistor, or "3D" transistor. It is the basis for modern nanoelectronic semiconductor device fabrication. Microchips utilizing FinFET gates first became commercialized in the first half of the 2010s, and became the dominant gate design at 14 nm, 10 nm and 7 nm process nodes. It is common for a single FinFET transistor to contain several fins, arranged side by side and all covered by the same gate, that act electrically as one. The number of fins can be varied to adjust drive strength and performance, with drive strength increasing with a higher number of fins.
Коммерциализация
Первый в отрасли 25-нанометровый транзистор, работающий от всего 0,7 вольт, был продемонстрирован компанией TSMC в декабре 2002 года. Конструкция "Omega FinFET", названная так из-за сходства между греческой буквой "Omega" и формой, в которой затвор охватывает структуру истока/стока, имеет задержку затвора всего 0,39 пикосекунды (ps) для N-типа транзистора и 0,88 ps для P-типа. В 2004 году Samsung продемонстрировала конструкцию "Bulk FinFET", что позволило начать массовое производство FinFET-устройств. Была продемонстрирована динамическая память с произвольным доступом (DRAM), изготовленная по 90-нм технологии Bulk FinFET. Коммерчески выпускаемые чипы с нормами 22 нм и ниже, как правило, используют конструкции затворов FinFET (однако плоские технологические процессы существуют до 18 нм, а 12 нм – в разработке). Вариант с тройным затвором от Intel был анонсирован на 22 нм в 2011 году для микроархитектуры Ivy Bridge. Поставки этих устройств начались с 2012 года. Начиная с 2014 года, основные производители (TSMC, Samsung, GlobalFoundries) использовали конструкции FinFET на 14 (или 16) нм. В 2013 году SK Hynix начала коммерческое массовое производство по 16-нм технологии, TSMC начала производство по 16-нм FinFET-технологии, а Samsung Electronics – по 10-нм технологии. TSMC начала производство по 7-нм технологии в 2017 году, а Samsung – по 5-нм технологии в 2018 году. В 2019 году Samsung объявила о планах коммерческого производства 3-нм GAAFET-технологии к 2021 году. FD SOI (Fully Depleted Silicon On Insulator) рассматривается как потенциативная малозатратная альтернатива FinFET. Коммерческое производство наноэлектронной полупроводниковой памяти FinFET началось в 2010-х годах. В 2013 году SK Hynix начала массовое производство 16-нм флеш-памяти NAND, а Samsung Electronics – производство 10-нм многоуровневой ячейки (MLC) флеш-памяти NAND. В 2017 году TSMC начала производство SRAM-памяти с использованием 7-нм технологического процесса.
The industry's first 25 nanometer transistor operating on just 0.7 volts was demonstrated in December 2002 by TSMC. The "Omega FinFET" design, named after the similarity between the Greek letter "Omega" and the shape in which the gate wraps around the source/drain structure, has a gate delay of just 0.39 picosecond (ps) for the N type transistor and 0.88 ps for the P type. In 2004, Samsung demonstrated a "Bulk FinFET" design, which made it possible to mass produce FinFET devices. They demonstrated dynamic random access memory (DRAM) manufactured with a 90nm Bulk FinFET process. Commercially produced chips at 22 nm and below have generally utilised FinFET gate designs (but planar processes do exist down to 18 nm, with 12 nm in development). Intel's tri gate variant were announced at 22 nm in 2011 for its Ivy Bridge microarchitecture. These devices shipped from 2012 onwards. From 2014 onwards, at 14 nm (or 16 nm) major foundries (TSMC, Samsung, GlobalFoundries) utilised FinFET designs. In 2013, SK Hynix began commercial mass production of a 16nm process, TSMC began production of a 16nm FinFET process, and Samsung Electronics began production of a 10nm process. TSMC began production of a 7 nm process in 2017, and Samsung began production of a 5 nm process in 2018. In 2019, Samsung announced plans for the commercial production of a 3nm GAAFET process by 2021. FD SOI (Fully Depleted Silicon On Insulator) has been seen as a potential low cost alternative to FinFETs. Commercial production of nanoelectronic FinFET semiconductor memory began in the 2010s. In 2013, SK Hynix began mass production of 16nm NAND flash memory, and Samsung Electronics began production of 10nm multi level cell (MLC) NAND flash memory. In 2017, TSMC began production of SRAM memory using a 7 nm process.