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台积电2nm工艺研发突破,或采用环绕栅极晶体管技术

2020-09-25
来源:OFweek电子工程网

最近,开云棋牌官网在线客服业界公认的晶圆代工之王台积电再次传出芯片利好消息,外媒援引产业链消息人士的信息,台积电2nm工艺的研发进展超出预期,甚至快于原计划。

2nm似乎是目前已知芯片工艺能达到的极限所在,关于2nm工艺的消息并不多。此前台积电曾透露出公司已经获得了建造2nm工艺芯片生产工厂所需的土地,或将位于新竹科学园区;另外一则关于台积电2nm工艺的消息则是在上月底举办的台积电2020年度全球技术论坛上,他们透露正在同一家主要客户紧密合作,加快2nm工艺研发进展,不过并未透露具体客户。

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图片源自OFweek维科网

2nm工艺终于要用上环绕栅极晶体管技术(GAA)

根据消息人士透露台积电的2nm工艺,不会继续采用成熟的鳍式场效应晶体管技术(FinFET),而会采用环绕栅极晶体管技术(GAA)。要知道,在3nm工艺节点上,台积电选择了采用FinFET放弃了GAA,而三星却在3nm工艺上一直坚持着GAA路线,如今台积电率先来到2nm工艺路口,其作出的选择也基本意味着接下来开云棋牌官网在线客服行业整体的到前进方向。

为什么考虑选择GAA,这还得从FinFET说起。众所周知,晶体管的演化与开云棋牌官网在线客服发展进程息息相关,晶体管是一种控制电流大小与开关的电子器件,其作用就跟水龙头用来控制水流的大小以及开关一样。而晶体管中一个重要影响因素就是场效应,是指通过施加一个电场来实现对电流的控制,所以也就有了场效应晶体管(Field-Effect Transistor,FET)一说。

FinFET就是源自于场效应晶体管,在FinFET的架构中,闸门的形状类似鱼鳍的叉状3D架构(“鳍式场效应晶体管”命名的由来),可于电路的两侧控制电路的接通与断开。这种设计可以大幅改善电路控制并减少漏电流,也可以大幅缩短晶体管的栅长。

芯片工艺节点发展到5nm之后,FinFET也面临一系列难题。首先是随着栅线之间间距的减小,再想像以往一样在一个单元内填充多个鳍线已不现实,同时栅线间距的减小还会导致FinFET的静电问题急速加剧并直接制约晶体管性能的提升,此外FinFET的出现虽然突破了平面晶体管的短沟道效应限制让电压得意降低,但是还不够,在理想情况下沟道应该被栅极完全包围。因此在5nm之后,业界迫切需要一个新的结构来替代鳍式晶体管结构,这就带来了全环绕栅极晶体管,也就是我们所说的GAA。

当然,受限于摩尔定律等原因,采用GAA结构也需要满足以下几个条件:1、新的结构需要的生产工艺应该与FinFET相似,可使用现有的设备及技术成果实现;2、新的结构应实现对通道更好的控制,例如栅极与通道之前的接触面积更大;3、新的结构带来的寄生电容和电阻问题应得到显著改善。

以台积电2nm目前的研发进度来看,预计台积电2023年下半年可望进入风险性试产,2024年正式量产。


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