Intel 22 нм 3D Tri-Gate — немного деталей

Вчера компания Intel представила новые транзисторы 22 нм Tri-Gate. Для дальнейшее развитие производства микроэлектроники компания планирует использовать свои инновации, поэтому было бы неплохо ознакомиться с представленной технологией более подробно.

В соответствии со своим технологическим планом, в этом году Intel переходит на новый процесс производства по технормам 22 нм:

Однако компания не обошлась только более тонкими нормативами литографии, представив в рамках нового техпроцесса новую конструкция транзисторов.

Для более наглядной иллюстрации эволюции транзисторов, рассмотрим блок-схему предыдущих поколений транзисторов:

В области под затвором традиционные транзисторы имеют плоскую форму проводящего канала.

Новаторством стал гребень проводящего канала, возвышающийся над кремниевой подложкой:

Сравнение блок-схем отлично показывает, что теперь проводящий канал вырос в высоту. Для обеспечения необходимой мощности, несколько каналов могут иметь общий затвор.

Устройство традиционного транзистора предполагает кремниевую подложку, на которой расположены сток и исток транзистора, затвор регулирует протекание тока между ними:

Часть тока гуляет через кремниевую подложку в обход инверсионного слоя, где протекает ток между истоком-стоком. Токи утечки значительно ухудшают электрические свойства транзистора.

Дальнейшая эволюция транзистора привела его к технологии частичной изоляции проводников от кремниевой подложки (Partially Depleted SOI, PDSOI):

Размещение на кремниевой подложке дополнительного слоя диэлектрика позволяет значительно сократить область, через которую проходят токи утечки.

Вслед PDSOI была разработана технология полной изоляции проводников от кремниевой подложки (Fully Depleted SOI, FDSOI):

Полная изоляция проводников от кремниевой подложки устраняет негативное влияние токов утечки, но при этом для производства таких транзисторов требуется дорогостоящие тонкие пластины SOI, увеличивая конечную стоимость продукции примерно на 10%.

Разработанная Intel конструкция транзисторов Tri-Gate оказалась несколько неожиданной:

Рост токопроводящего канала в высоту с одной стороны дал возможность трехстороннего размещения затвора, позволяя увеличить мощность транзистора и толщину слоя диэлектрика. С другой стороны, использование сверхмаленького расстояния между истоком и стоком практически не оставляет заряда в кремниевой подложке, тем самым сводя токи утечки к минимуму. Себестоимость таких транзисторов лишь на 2-3% выше традиционной конструкции.

Исследования Intel показали, что в закрытом состоянии ток утечки транзисторов Tri-Gate практически равен нулю, при этом скорость транзистора значительно выросла:

Транзисторы Tri-Gate быстрее своих предшественников на 37% при низких напряжениях и на 17% быстрее при напряжении около 1 вольта.

При сопоставимой скорости, транзисторы Tri-Gate требуют на 0,2 вольта меньше традиционных:

Подытоживая преимущества транзисторов Tri-Gate, можно выделить такие свойства, как снижение токов утечек, улучшенные характеристики переключения, более низкое энергопотребление, увеличение мощности. Новая трехмерная конструкция значительно сокращает площадь, необходимую на размещения транзистора. Конечно же стоит отметить сравнительно небольшое удорожание производства таких транзисторов — это всего 2-3% в сравнении с традиционной конструкцией.

Массовое производство по технормам 22 нм Tri-Gate начнется во второй половине 2011 года и намечено на пяти фабриках Intel: D1C и D1D в Орегоне, Fab 28 в Израиле, Fab 12 и Fab 32 в Аризоне. Первым продуктом, произведенным по новому техпроцессу, станут процессоры Ivy Bridge.