2.3. Транзисторы для "Платформы 2015"

Как известно, долговременное видение корпорацией Intel развития фундаментальных элементов платформ, а также архитектурные инновации и фундаментальные знания, которые движут это развитие, изложены аналитиками в документе "Платформа 2015". Там, в частности, говорится о том, что до 2015 г. и далее полупроводниковая производственная КМОП-технология будет развиваться такими же темпами, что и сейчас. Тенденция появления новых материалов и новых структур будет продолжаться. При этом в качестве примеров технологий, находящихся в стадии разработки, названы диэлектрики High-K/Metal Gate и транзисторы с трехмерным затвором (или Tri-Gate-транзисторы).

Как известно, экспериментальный дизайн транзистора, получившего название Tri-Gate, впервые был представлен в Японии на конференции International Solid State Device and Materials в 2002 г. В его основе лежала трехмерная структура, представляющая собой "микробрусок", который с трех сторон облегают изолятор и проводник затвора. Подобная структура позволяла посылать электрические сигналы как по верхней части "бруска", так и по обеим его вертикальным сторонам. "Микробрусок" превращается в исток (сток) за пределами затвора. Увеличенная таким образом площадь, доступная для прохождения сигнала, дает возможность пропускать на 20% больше тока по сравнению с традиционной планарной конструкцией, занимающей аналогичную площадь.

В Tri-Gate использованы элементы технологии TeraHertz, представленной специалистами Intel в декабре 2001 г. Подобная технология позволяет создавать транзисторы, которые работают на частотах переключения порядка терагерц и обладают способностью к масштабированию. Такой класс транзисторов предназначен для того, чтобы максимизировать уровень производительности при уменьшении энергопотребления и стоимости производства. Заметим, что транзисторы, выполненные на основе технологий High-k/Metal Gate и Tri-Gate, относятся к классу TeraHertz.

Тройной затвор строится на сверхтонком слое полностью обедненного кремния, уменьшающего ток утечки закрытого транзистора. Он имеет наращенные сток и исток, позволяющие избежать роста сопротивления при уменьшении размеров транзистора. Кроме того, в новом транзисторе может использоваться диэлектрик High K, дополнительно снижающий ток утечки затвора.

Напомним, что наличие тонкого слоя диоксида необходимо для достижения высоких эксплуатационных характеристик диэлектрика затвора. Диоксид кремния - это материал, молекулы которого состоят из одного атома кремния и двух атомов кислорода. Он является хорошим изолятором, однако проблема состоит в том, что чем тоньше слой диоксида кремния, тем выше ток утечки, проходящий через изолятор. Следовательно, необходимо было заменить диоксид кремния новыми материалами, обладающими теми же свойствами, использование которых не потребует достижения низкой толщины слоя.

Материал на основе технологии High-k способен заменить диоксид кремния при изготовлении электрода затвора, поскольку этот материал обладает весьма неплохими изолирующими свойствами, а также создает достаточное емкостное сопротивление между затвором и каналом. Оба этих свойства желательны для достижения высоких эксплуатационных характеристик транзисторов. Символ "k" (фактически греческая буква "каппа") указывает на способность материала сохранять электрический заряд. Те материалы, которые могут хранить электрический заряд лучше, чем другие, обладают более высоким значением "k". Применение материалов на основе технологии High-k намного уменьшает утечки, так как эти материалы могут иметь иную толщину, чем диоксид кремния, при сохранении тех же свойств.

Еще одним преимуществом транзисторов Tri-Gate является то, что выпускать ИС на их базе можно и с помощью существующего оборудования. Кроме того, можно строить структуры из нескольких "брусков" Tri-Gate, формируя силовые транзисторы. Как отмечают в Intel, этот тип транзистора разработан корпорацией для обеспечения возможности развертывания нового 45-нанометрового технологического процесса в 2007 г. Также в Intel планируются более глубокие исследования в области транзисторов III-V, углеродных нанотрубок и кремниевых нанопроводников. Цель всех этих исследований - увеличение скорости работы устройств, дальнейшее уменьшение их размеров, управление питанием и сокращение потребляемой мощности. Кроме того, интеграция между архитектурой кристаллов и производственной технологией позволит достичь еще большей плотности: на одном кристалле можно будет расположить миллиарды транзисторов. Такой подход очень важен. В процессе создания микропроцессоров и платформ будущего разработчики и технологи должны сотрудничать очень плотно.