FinFET - FinFET

Çift kapılı bir FinFET cihazı

Bir kanat alan etkili transistor ( FinFET ) a, MULTIGATE cihaz , bir MOSFET (metal oksit yarı iletken alan etkili transistor bir inşa) alt-tabaka kapı kanalı, iki, üç ya da dört tarafı üzerine yerleştirilebilir ya da etrafına sarılmıştır kanal, çift veya hatta çok kapılı bir yapı oluşturur. Kaynak/boşaltma bölgesi silikon yüzeyinde kanatçıklar oluşturduğundan, bu cihazlara "FinFET" jenerik adı verilmiştir. FinFET cihazları, düzlemsel CMOS (tamamlayıcı metal oksit-yarı iletken) teknolojisinden önemli ölçüde daha hızlı anahtarlama sürelerine ve daha yüksek akım yoğunluğuna sahiptir .

FinFET, bir tür düzlemsel olmayan transistör veya "3D" transistördür. Modern nanoelektronik yarı iletken cihaz üretiminin temelidir . FinFET kapılarını kullanan mikroçipler ilk olarak 2010'ların ilk yarısında ticarileşti ve 14 nm , 10 nm ve 7 nm işlem düğümlerinde baskın kapı tasarımı oldu .

Tek bir FinFET transistörünün, yan yana düzenlenmiş ve tümü aynı kapıyla kaplanmış, elektriksel olarak tek gibi hareket eden, sürücü gücünü ve performansını artırmak için birkaç kanat içermesi yaygındır.

Tarih

MOSFET önce gösterdiği sonra Mohamed atalla ve Dawon Kahng arasında Bell Labs 1960, bir kavramı , çift kapı ince film transistor (TFT) İnsan Farrah (önerdiği Bendix Corporation, 1967 bir çift olarak) ve RF Steinberg MOSFET kapısı daha sonra Elektroteknik Laboratuvarı'ndan (ETL) Toshihiro Sekigawa tarafından düzlemsel XMOS transistörünü tanımlayan 1980 patentinde önerildi. Sekigawa, 1984 yılında ETL'de Yutaka Hayashi ile XMOS transistörünü üretti. Tamamen tükenmiş bir yalıtkan üzerinde silikon (SOI) cihazının birbirine bağlı iki kapı elektrotu arasına sıkıştırılmasıyla kısa kanal etkilerinin önemli ölçüde azaltılabileceğini gösterdiler .

İlk FinFET transistör tipi, 1989 yılında Hitachi Merkez Araştırma Laboratuvarı'nın Digh Hisamoto, Toru Kaga, Yoshifumi Kawamoto ve Eiji Takeda tarafından Japonya'da üretilen "Tükenmiş Yalın-kanal Transistör" veya "DELTA" transistör olarak adlandırıldı . yarı iletken kanal kanatçıklarını hem üstte hem de yanlarda veya sadece yanlarda kaplayabilir ve elektriksel olarak temas edebilir. Birincisine üç kapılı transistör ve ikincisine çift kapılı transistör denir . Çift kapılı bir transistör isteğe bağlı olarak her iki tarafı iki farklı terminale veya kontağa bağlayabilir. Bu varyanta bölünmüş transistör denir . Bu, transistörün çalışmasının daha rafine bir şekilde kontrol edilmesini sağlar.

Endonezyalı mühendis Efendi Leobandung, Minnesota Üniversitesi'nde çalışırken, 1996'da 54. Cihaz Araştırma Konferansı'nda Stephen Y. Chou ile birlikte, cihaz ölçeklendirmesini iyileştirmek ve artırmak için geniş bir CMOS transistörünü dar genişlikte birçok kanala kesmenin faydasını özetleyen bir makale yayınladı. etkin cihaz genişliğini artırarak cihaz akımı. Bu yapı, modern bir FinFET'in neye benzediğidir. Her ne kadar cihaz genişliği dar genişliklerde kesilerek feda edilse de, dar kanatların yan duvarının iletimi, uzun kanatlar için kaybı telafi etmekten daha fazladır. Cihaz 35 nm kanal genişliğine ve 70 nm kanal uzunluğuna sahipti .

Digh Hisamoto'nun DELTA transistörleri üzerindeki araştırmasının potansiyeli, 1997'de UC Berkeley'deki bir araştırma grubuna DELTA teknolojisine dayalı derin bir mikron altı transistör geliştirmesi için bir sözleşme veren Savunma İleri Araştırma Projeleri Ajansı'nın (DARPA) dikkatini çekti . Grup ile birlikte Hisamoto önderliğinde TSMC 'ın Chenming Hu . Ekip, 1998 ve 2004 yılları arasında aşağıdaki atılımları gerçekleştirdi.

  • 1998 – N-kanal FinFET ( 17 nm ) – Digh Hisamoto, Chenming Hu, Tsu-Jae King Liu , Jeffrey Bokor, Wen-Chin Lee, Jakub Kedzierski, Erik Anderson, Hideki Takeuchi, Kazuya Asano
  • 1999 – P-channel FinFET ( 50 nm altı ) – Digh Hisamoto, Chenming Hu, Xuejue Huang, Wen-Chin Lee, Charles Kuo, Leland Chang, Jakub Kedzierski, Erik Anderson, Hideki Takeuchi
  • 2001 – 15 nm FinFET – Chenming Hu, Yang‐Kyu Choi, Nick Lindert, P. Xuan, S. Tang, D. Ha, Erik Anderson, Tsu-Jae King Liu, Jeffrey Bokor
  • 2002 – 10 nm FinFET – Shably Ahmed, Scott Bell, Cyrus Tabery, Jeffrey Bokor, David Kyser, Chenming Hu, Tsu-Jae King Liu, Bin Yu, Leland Chang
  • 2004 – Yüksek-κ / metal kapı FinFET – D. Ha, Hideki Takeuchi, Yang‐Kyu Choi, Tsu-Jae King Liu, W. Bai, D.‐L. Kwong, A. Agarwal, M. Ameen

Bir SOI substratı üzerine inşa edilmiş düzlemsel olmayan, çift kapılı bir transistörü tanımlamak için kullanılan Aralık 2000 tarihli bir kağıtta "FinFET" (fin alan etkili transistör) terimini kullandılar.

2006 yılında, Kore İleri Bilim ve Teknoloji Enstitüsü'nden (KAIST) ve Ulusal Nano Fab Merkezi'nden bir Koreli araştırmacı ekibi , Gate-all-around (GAA) FinFET teknolojisine dayanan dünyanın en küçük nanoelektronik cihazı olan 3 nm'lik bir transistör geliştirdi. . 2011 yılında, Rice Üniversitesi araştırmacıları Masoud Rostami ve Kartik Mohanram, FinFET'lerin elektriksel olarak bağımsız iki kapıya sahip olabileceğini gösterdi, bu da devre tasarımcılarına verimli, düşük güçlü kapılarla tasarlama konusunda daha fazla esneklik sağlıyor.

ticarileştirme

Sektörün sadece 0,7 voltta çalışan ilk 25 nanometre transistörü Aralık 2002'de TSMC tarafından gösterildi . Adını Yunanca " Omega " harfi ile kapının kaynak/dren yapısı etrafına sarıldığı şekil arasındaki benzerlikten alan "Omega FinFET" tasarımı, N-tipi transistör için sadece 0.39 pikosaniyelik (ps) bir kapı gecikmesine sahiptir . ve P tipi için 0,88 ps.

2004 yılında Samsung , FinFET cihazlarının seri üretimini mümkün kılan bir "Bulk FinFET" tasarımı sergiledi. 90 nm Bulk FinFET işlemiyle üretilen dinamik rastgele erişimli belleği ( DRAM ) gösterdiler.  

2011 yılında, Intel, gösterdi tri kapı transistörleri kapı enerji verimi ve düşük kapı gecikme-ve böylece daha büyük performans üzerinde düzlemsel transistörler sağlayan, üç tarafta kanalı çevreler.

22 nm ve altında ticari olarak üretilen yongalar genellikle FinFET kapı tasarımlarını kullanmıştır (ancak 12 nm geliştirme aşamasında olan 18 nm'ye kadar düzlemsel süreçler mevcuttur). Intel'in üç kapılı varyantı, 2011 yılında Ivy Bridge mikro mimarisi için 22 nm'de duyuruldu . Bu cihazlar 2012'den itibaren sevk edildi. 2014'ten itibaren 14 nm'de (veya 16 nm'de) büyük dökümhaneler (TSMC, Samsung, GlobalFoundries ) FinFET tasarımlarını kullandı.

2013 yılında, SK Hynix , 16  nm'lik bir sürecin ticari seri üretimine başladı, TSMC, 16  nm'lik bir FinFET sürecinin üretimine başladı ve Samsung Electronics , 10  nm'lik bir sürecin üretimine başladı . TSMC , 2017'de 7 nm'lik bir sürecin üretimine başladı ve Samsung , 2018'de 5 nm'lik bir sürecin üretimine başladı . 2019'da Samsung , 2021 yılına kadar 3  nm'lik bir GAAFET sürecinin ticari üretimi için planlarını açıkladı .

Nanoelektronik FinFET yarı iletken belleğin ticari üretimi 2010'larda başladı. 2013 yılında SK Hynix, 16  nm NAND flash belleğin seri üretimine başladı ve Samsung Electronics, 10  nm çok seviyeli hücre (MLC) NAND flash belleğin üretimine başladı . 2017 yılında TSMC, 7 nm'lik bir süreç kullanarak SRAM bellek üretimine başladı .

Ayrıca bakınız

Referanslar