12月5日消息，從面晶體管這個(gè)詞大家應(yīng)該都不陌生，接觸晶體進(jìn)化是到面懂一種微型電子開關(guān)，可以說(shuō)是環(huán)繞計(jì)算機(jī)芯片運(yùn)作的基石。

典型的從面晶體管主要由三部分組成：

－ 柵極（gate）：相當(dāng)于開關(guān)的把手，通過(guò)施加電壓實(shí)現(xiàn)對(duì)電流的接觸晶體進(jìn)化控制。

－ 溝道（channel）：指的到面懂是電流的通道。

－ 源極（source）和漏極（drain）：分別是環(huán)繞電流的入口和出口。

而晶體管架構(gòu)，從面指的接觸晶體進(jìn)化是設(shè)計(jì)晶體管的方式，主要是到面懂柵極、溝道、環(huán)繞源極、從面漏極的接觸晶體進(jìn)化幾何布局。

再引入另一個(gè)名詞，到面懂MOSFET，全名金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，是目前數(shù)字電路中主流的晶體管架構(gòu)。

在MOSFET晶體管中，柵極和溝道之間被氧化層（oxide layer）完全隔離開來(lái)。

一方面，氧化層阻止了電流直接從柵極流向溝道，強(qiáng)化了對(duì)電流的控制，避免漏電。

另一方面，當(dāng)施加電壓時(shí)，由于電容效應(yīng)，柵極上的電荷會(huì)在氧化層下方產(chǎn)生一個(gè)電場(chǎng)，“間接”驅(qū)動(dòng)晶體管中的電流流動(dòng)。

在以前，制造氧化層的主要材料是二氧化硅。

2007年，Intel率先在45nm工藝的商業(yè)化產(chǎn)品中使用了高K材料，也就是HKMG——高K金屬柵極，顯著提升了柵極電容，并改善了漏電，實(shí)現(xiàn)了晶體管性能的提升。

這里的“K”指的是介電常數(shù)，即衡量一種絕緣材料在電場(chǎng)中儲(chǔ)存電能能力的比例系數(shù)。

MOSFET之外還有其它多種晶體管架構(gòu)，例如BJT（雙極性結(jié)型晶體管）、HEMT（高電子遷移率晶體管）、MESFET（金屬半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管）等。

MOSFET是數(shù)字電路的主流，而其他架構(gòu)的產(chǎn)品主要應(yīng)用于射頻電路、功率電子、高速模擬等特定領(lǐng)域。

傳統(tǒng)的MOSFET架構(gòu)都是平面型，所有組件都在一個(gè)水平面上，柵極只能覆蓋溝道頂部。

這就出現(xiàn)了短溝道效應(yīng)（SCE），指的是晶體管溝道長(zhǎng)度非常短時(shí)，在柵極電場(chǎng)之外，源/漏極電場(chǎng)對(duì)溝道的影響增強(qiáng)，造成閾值電壓下降、反偏效應(yīng)增強(qiáng)等現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致漏電和性能不穩(wěn)定等后果。

隨著晶體管尺寸越來(lái)越小，平面MOSFET中的短溝道效應(yīng)已經(jīng)無(wú)法克服。

2010年代初期，Intel 22nm工藝上率先實(shí)現(xiàn)了FinFET晶體管架構(gòu)的商業(yè)化。

FinFET晶體管中，溝道水平排列，柵極三面環(huán)繞，看起來(lái)很像魚鰭，因此叫作“鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管”。

FinFET通過(guò)強(qiáng)化柵極對(duì)溝道的“包圍”，芯片制程從20+nm微縮到3nm的過(guò)程中，有效克服了性能和功耗等方面的挑戰(zhàn)。

如今，隨著工藝制程邁向2nm級(jí)別，F(xiàn)inFET在控制短溝道效應(yīng)和提升性能方面也捉襟見(jiàn)肘。

為此，產(chǎn)業(yè)界紛紛轉(zhuǎn)向了控制能力更強(qiáng)的全環(huán)繞柵極（GAA）架構(gòu)，比如Intel 18A工藝首次使用的RibbonFET。

RibbonFET將溝道垂直堆疊，柵極“四面”環(huán)繞溝道，將其完全包圍，從而讓它對(duì)電流的控制力更強(qiáng)、更穩(wěn)定、更均勻，不易受到源極和漏極電壓波動(dòng)的干擾。

另一方面，當(dāng)溝道寬度變大時(shí)，晶體管的導(dǎo)電能力會(huì)增強(qiáng)，能夠驅(qū)動(dòng)更強(qiáng)的電流。

在FinFET中，如果要加寬溝道，就必須讓晶體管變得更高，而對(duì)RibbonFET來(lái)說(shuō)，因?yàn)闇系朗撬降?，在一定限度?nèi)，加寬溝道并不需要增加晶體管的體積。

換言之，RibbonFET架構(gòu)的晶體管，能夠用更小的體積實(shí)現(xiàn)相同的性能。

在芯片層面，這意味著芯片標(biāo)準(zhǔn)單元的高度更低，面積更小，能夠在同樣的空間內(nèi)集成更多的晶體管，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備整體性能的提升。

Intel 18A工藝還有PowerVia背部供電技術(shù)，已經(jīng)投入量產(chǎn)，首款產(chǎn)品Panther Lake即將發(fā)布！