Kuvittele kanavakerros niin ohut, että sen paksuus mitataan nanometrin murto-osissa. Pienet muutokset siinä mittakaavassa ratkaisevat, hyriseekö vai pysähtyykö transistori. TSMC työskenteli yhdessä Taiwanin NYCU:n kanssa eikä lähtenyt etsimään eksoottisia uusia materiaaleja. Sen sijaan he muokkasivat transistorin pintakemiaa.
Miksi waferin ohut alumiinikerros muuttaa pelisääntöjä
Nykyaikaiset sirut pakkaavat miljardeja transistoreja käyttäen 3D-rakenteita kuten FinFET- ja gate-all-around-FET-arkkitehtuureja. Nämä arkkitehtuurit lisäävät portin kosketuspinta-alaa kietomalla portin kohoavan kanavan ympärille. Kikka toimii, kunnes kanava muuttuu niin ohueksi, että portin vaikutus heikkenee. Kun kanavat pienenevät noin 3–5 nanometriin, portin hallinta heikkenee. Alle noin 3 nanometriä elektronit alkavat olla vuorovaikutuksessa porttimateriaalien kanssa tavoilla, jotka lisäävät vastusta ja aiheuttavat vuotoja.
Tästä syystä yksikerroksiset, kaksidimensionaaliset puolijohteet kuten molybdeenidisulfidi (MoS2) vaikuttavat houkuttelevilta. Noin 0,7 nanometrin paksuisena MoS2-kanava lupaa parempaa elektrostaattista hallintaa ja pienempää vuotoa, mikä antaa valmistajille mahdollisuuden tähdätä alle 1 nm porttirakenteisiin ja erittäin lyhyisiin kanaviin. Mutta erittäin ohut tarkoittaa myös erittäin herkkää. Kun yrität muodostaa portin dielektrin perinteisin menetelmin, tuloksena on karkea ja laikukas kerros, joka heikentää suorituskykyä.
TSMC ja NYCU käänsivät ongelman toiseksi. Sen sijaan, että olisivat kehittäneet täysin uutta dielektriä tai pakottaneet aggressiivista talletuskemiaa MoS2:lle, he käsittelivät ensin kanavan pintaa. Tiimi taltti epitaksisen alumiinimonokerroksen MoS2:n päälle ja antoi sen oksidoitua tasaiseksi alumiinioksidiksi, jonka paksuus oli vain 0,42 nanometriä. Tämän mikrotarkan puskerikerroksen päälle asetettiin korkean dielektrisyyden hafniumoksidi.
Tuloksena syntyi poikkeuksellisen tasainen portin rajapinta, joka vähentää vuotoja ja parantaa hallintaa elektronivirran yli. Kokeissa pintainsinööröity pino tarjosi portin hallintaa ja alhaisempaa vastusta, joka vastasi noin 1 nanometrin dielektriä, mutta säilytti MoS2-kanavan edut.
On selkeitä etuja mutta myös käytännön kysymyksiä. Skaalautuva valmistus edellyttää yhä toistettavaa ja puhdasta epitaksiaa sekä integrointia takapään prosesseihin. Silti tämä lähestymistapa ohittaa monia materiaalivalintojen kompromisseja, joiden kanssa siruvalmistajat ovat kamppailleet, ja tarjoaa pragmaattisen tien kohti tiheämpiä ja nopeampia logiikkalaitteita.
Tämä pintainsinöörinen ratkaisu voi olla käytännöllinen silta massatuotettuihin alle 1 nm transistoreihin ja uusi luku puolijohteiden skaalaamisessa.
"Olen tietoturva-asiantuntija ja seuraan kyberturvallisuuden trendejä. Diginissä jaan vinkkejä ja uutisia, joilla pysyt turvassa digitaalisessa maailmassa."
Keskustelu
Jätä kommentti
Kommentit
Ei vielä kommentteja. Ole ensimmäinen.