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FinFET-Transistortechnologie

FinFET-Transistortechnologie

Die Akzeptanz der FinFET-Technologie für den Einsatz in integrierten Schaltkreisen hat in letzter Zeit stark zugenommen. Im Vergleich zur üblichen planaren Technologie bietet die FinFET-Transistortechnologie einige wesentliche Vorteile beim IC-Design.

Die FinFET-Technologie verspricht ein Höchstmaß an Skalierbarkeit, das erforderlich ist, um sicherzustellen, dass der aktuelle Fortschritt mit einem höheren Integrationsgrad in integrierte Schaltkreise beibehalten werden kann.

Der FinFET bietet viele Vorteile in Bezug auf die IC-Verarbeitung, was bedeutet, dass er als wichtiger Weg für die Integration in die IC-Technologie übernommen wurde.

FinFET Hintergrund

Die FinFET-Technologie wurde als Ergebnis des unaufhaltsamen Anstiegs des Integrationsgrades geboren. Der Grundgedanke des Moore'schen Gesetzes gilt seit vielen Jahren seit den ersten Jahren der Technologie integrierter Schaltkreise. Im Wesentlichen heißt es, dass sich die Anzahl der Transistoren auf einer bestimmten Siliziumfläche alle zwei Jahre verdoppelt.

Einige der wegweisenden Chips der relativ frühen Ära der integrierten Schaltkreise hatten eine niedrige Transistoranzahl, obwohl sie für die damalige Zeit weiterentwickelt wurden. Der 6800-Mikroprozessor hatte zum Beispiel nur 5000 Transistoren. Heutzutage gibt es viele Größenordnungen mehr.

Um den starken Anstieg des Integrationsgrades zu erreichen, haben sich viele Parameter geändert. Grundsätzlich haben sich die Strukturgrößen verringert, um die Herstellung weiterer Geräte in einem bestimmten Bereich zu ermöglichen. Andere Werte wie Verlustleistung und Netzspannung haben sich jedoch zusammen mit einer erhöhten Frequenzleistung verringert.

Die Skalierbarkeit der einzelnen Geräte ist begrenzt, und da die Prozesstechnologien weiter auf 20 nm schrumpften, wurde es unmöglich, die richtige Skalierung verschiedener Geräteparameter zu erreichen. Besonders betroffen waren solche wie die Versorgungsspannung, die den dominierenden Faktor bei der Bestimmung der dynamischen Leistung darstellt. Es wurde festgestellt, dass die Optimierung für eine Variable wie die Leistung zu unerwünschten Kompromissen in anderen Bereichen wie der Leistung führte. Es war daher notwendig, andere revolutionärere Optionen wie eine Änderung der Transistorstruktur gegenüber dem traditionellen planaren Transistor zu betrachten.

Eines der Hauptprobleme besteht darin, dass bei Verwendung kleinerer Strukturgrößen die Source und der Drain der verwendeten MOS-Bauelemente in den Kanal eindringen, wodurch der Leckstrom zwischen ihnen leichter fließen kann und das Ausschalten des Transistors sehr schwierig wird vollständig.

FinFET-Grundlagen

Die FinFET-Technologie hat ihren Namen von der Tatsache, dass die verwendete FET-Struktur beim Betrachten wie eine Reihe von Finnen aussieht.

Tatsächlich erhielt der FinFET seinen Namen von Profs. Chenming Hu, Tsu-Jae King-Liu und Jeffrey Bokor von der University of California in Berkeley, die als erste den Begriff aufgrund der Form der Struktur prägten.

FinFETs sind 3D-Strukturen, die sich über das Substrat erheben und einer Finne ähneln. Die "Rippen" bilden effektiv Source und Drain und ermöglichen auf diese Weise mehr Volumen als ein herkömmlicher planarer Transistor für denselben Bereich. Das Gate wickelt sich um die Finne, und dies gibt mehr Kontrolle über den Kanal, da genügend Länge für die Kontrolle vorhanden ist. Da der Kanal erweitert wurde, kann nur sehr wenig Strom durch den Körper fließen, wenn sich das Gerät im ausgeschalteten Zustand befindet. Dies ermöglicht auch die Verwendung niedrigerer Schwellenspannungen und führt zu einer besseren Leistung und einer geringeren Verlustleistung.

Die Torausrichtung ist rechtwinklig zur vertikalen Flosse. Und um von einer Seite der Flosse zur anderen zu gelangen, wird sie über die Flosse gewickelt, sodass sie mit drei Seiten der Finne oder des Kanals verbunden werden kann.

Diese Form der Gate-Struktur bietet eine verbesserte elektrische Kontrolle über die Kanalleitung und hilft, die Leckstrompegel zu reduzieren und einige andere Kurzkanaleffekte zu überwinden.

Der Begriff FinFET wird etwas allgemein verwendet. Manchmal wird es verwendet, um eine Finnen-basierte Multigate-Transistor-Architektur unabhängig von der Anzahl der Gates zu beschreiben.

Vorteile der FinFET-Technologie

IC-Hersteller haben viele Vorteile bei der Verwendung von FinFETs.


FinFET Vorteile
ParameterEinzelheiten
FunktionsgrößenMöglich, die 20-nm-Barriere zu passieren, die zuvor als Endpunkt gedacht war.
LeistungEin viel geringerer Stromverbrauch ermöglicht ein hohes Maß an Integration. Early Adopters meldeten Verbesserungen von 150%.
BetriebsspannungFinFETs arbeiten aufgrund ihrer niedrigeren Schwellenspannung mit einer niedrigeren Spannung.
ArbeitsgeschwindigkeitOft mehr als 30% schneller als die Nicht-FinFET-Versionen.
Statischer LeckstromIn der Regel um bis zu 90% reduziert

Die FinFET-Technologie wird in verschiedenen Formen von IC-Herstellern eingesetzt, die die Dichte ihrer ICs erhöhen müssen, ohne so kleine Strukturgrößen zu verwenden, dass die Geräteleistung sinkt. Infolgedessen hat die FinFET-Transistortechnologie es der Entwicklung der IC-Technologie ermöglicht, weiterhin dem Moore'schen Gesetz zu folgen.

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