一键解锁!晶体管结构工艺发展历程

2023-12-07
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FinFET(Fin Field-Effect Transistor)是一种三维晶体管结构,是目前集成电路技术中最先进的结构之一。随着集成电路技术的不断发展,FinFET已经成为了下一代晶体管结构的主流。

FinFET的开启了三维晶体管时代。传统的平面MOSFET(金属-氧化物-半导体场效应晶体管)是一种二维结构,电流在通道层中流动。而FinFET则是在通道层两侧增加了一些突起,使得电流可以在三个方向上流动。这种三维结构可以显著地改善电流的控制能力和功耗效率。

FinFET的一个重要变种是GAA(Gate-All-Around)结构。GAA结构的特点是栅极包围了通道层的全部表面,形成了一种全围栅极结构。相比于传统的FinFET,GAA结构具有更好的电流控制能力和更低的漏电流。这使得GAA结构成为了下一代高性能集成电路的主要选择。

晶体管结构工艺的发展历程可以追溯到20世纪60年代。当时,集成电路中使用的晶体管是基于NDT3055L二极管的结构,被称为晶体管二极管(Transistor Diode)或简称二极管。随着对集成电路的需求增加,人们开始研究如何在晶体管中引入栅极,以实现对电流的控制。

1960年代末,人们发明了MOSFET结构,即金属-氧化物-半导体场效应晶体管。MOSFET结构通过在半导体表面引入了氧化物层和金属栅极,实现了对电流的有效控制。这种结构成为了集成电路中最常用的晶体管结构。

在MOSFET结构的基础上,人们开始研究如何进一步提高晶体管的性能。1990年代,人们提出了双栅极结构,即SOI-MOSFET(Silicon-On-Insulator MOSFET)。SOI-MOSFET通过在晶体管的底部增加一层绝缘层,可以降低晶体管的漏电流和互补电容。这种结构在一定程度上改善了晶体管的性能。

2000年代初,人们开始研究三维晶体管结构。最早的三维结构是FinFET,通过在通道层两侧增加一些突起,实现了电流在三个方向上的流动。FinFET结构可以显著地提高晶体管的控制能力和功耗效率。

随后,人们又提出了GAA结构,即全围栅极结构。GAA结构通过将栅极完全包围在通道层周围,实现了更好的电流控制能力和更低的漏电流。GAA结构成为了下一代高性能集成电路的主流选择。

总而言之,晶体管结构工艺经过了从二极管到MOSFET再到FinFET和GAA的发展过程。这些结构的引入不断提高了晶体管的性能,推动了集成电路技术的不断进步。FinFET和GAA结构的出现开启了三维晶体管时代,为下一代高性能集成电路的发展奠定了基础。


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