GAAFET晶体管将决定能否顺达到3nm工艺

  【天极网DIY硬件频道】随着制程工艺不断接近物理极限，虽然芯片芯片行业还在努力跟上摩尔定律，但除了制程工艺放缓之外，架构设计同样至关重要。得益于从平面型晶体管到鳍式场效应管的过渡，芯片性能在过去10年的提升还能勉强跟上摩尔定律。 

  从2012年发布第一代22nm制程工艺开始， 鳍式场效应管(FinFET)晶体管结构在半导体上已经使用接近9年时间，FinFET晶体管还将在未来几年继续扮演重要的角色。业界看好下一代环绕栅极晶体管(GAAFET)在3nm及更先进制程上的应用，但使用全新的晶体管构型的代价非常巨大。

  外媒指出，尽管台积电和三星两大晶圆代工厂在7nm或5nm工艺节点上提供庞大的产能，但台积电(TSMC)、三星(SANSUNG)和英特尔(Intel)正在努力攻克基于环绕栅极晶体管(GAA)技术的3nm和2nm工艺节点。

  据了解，GAAFET可以带来更好的可扩展性、更快的开关时间、更优的驱动电流以及更低的泄露。只是工艺成熟的FinFET依然是半导体厂商关注的核心，包括台积电暂缓在5nm工艺上使用GAAFET，仍使用FinFET晶体管。但在台积电2020年研讨会上，其宣称N3技术可在提升50%性能的同时降低30%功耗，工艺密度是N5的1.7倍。 

 GAAFET横截面(图自：IBM)

  早前消息称，台积电计划在2024年前做好量产2nm制程的量产，前提是将借助久经考验的、更可预测的工艺节点，台积电有充足时间去检验GAA-FET在2nm节点下的应用前景。Semiconductor Engineering称三星和英特尔也在努力实现从3nm到2nm工艺节点的过渡，三星有望在2022年底前完成。TechSpot指出，GAAFET有诸多类型，目前已知的是三星将采用基于纳米片的多桥沟道场效应晶体管(简称MBC-FET)的方案。

  三星的MBC-FET可视作FinFET的侧面翻转，特点是将栅极包括于衬底上生长的纳米硅片，而英特尔披露将于2025年采用基于“纳米丝带”(nanoribbons)的类似方案。在接替鲍勃·斯旺(Bob Swan)的新任CEO帕特·基辛格(Pat Gelsinger)的带领下，英特尔或许能够加速向新工艺的转进。

  此外，在FinFET和GAAFET携手并进的同时，芯片制造商还可能动用锗(Ge)、锑化镓(GaSb)、砷化铟(AsIn)等具有高迁移率特性的半导体材料。