一键解锁！晶体管结构工艺发展历程

从人工智能（AI）到5G、物联网（IoT）、再到自动驾驶汽车，半导体不知不觉已经成为第四次工业革命时代的核心技术之一。随着半导体技术的先进化和复杂化，半导体工艺也在快速发展。

随着下一代设备越来越小，半导体也逐渐小型化，集成度越来越高，超微工艺技术变得更加重要。

FinEFT，开启3D晶体管时代

晶体管是构成半导体的主要元件，起到控制电流的大小与开关的作用。其工作原理是通过对栅极（Gate）施加电压来控制源极（Source）和漏极（Drain）之间的沟道（Channel）能否产生有效电流，从而使晶体管处于开启或者关闭的状态。

平面型晶体管是一个平面（2D）结构，栅极和沟道与同一个表面接触。如果缩小晶体管尺寸，那么源极和漏极之间的距离变近，会导致栅极无法正常工作，发生漏电的短沟道效应等问题，因此，在降低工作电压方面存在局限性。

为改善这一点，一种叫“FinFET”的三维（3D）结构工艺技术得以开发。因为这种结构看上去像鱼鳍的形状，所以被称为鳍式场效应晶体管。栅极和通道间的接触面越大，效率越高。FinFET通过采用3D结构，使栅极和通道拥有三个接触面，增大了接触面积，提升了半导体性能。

新一代晶体管结构——GAA

在半导体工艺中，鳍式场效应晶体管虽一直被使用。但在4nm以下的工艺中，它存在工作电压无法持续降低的局限性。

为了解决这些问题，创建了新一代3nm GAA（全环绕式栅极）结构。在3nm及以下超精细电路中，引入GAA结构晶体管，其栅极包围着电流流经通道的四个侧面，从而将通道的调节能力最大化，能更精准控制电流流动，实现更高的电源效率。

MBCFET™（多桥通道场效晶体管）是一种改进的GAA结构。它改进了横截面直径约为1nm的线形通道，提升了获取足够电流的能力。

与7nm FinFET相比，MBCFET™能将晶体管体积减少45%，还能根据特性调节纳米片（nanosheet）宽度，因而具有很高的设计灵活性。此外，它与FinFET工艺高度兼容，能充分利用现有设施和制造技术。

文章来源：三星半导体

审核编辑 黄宇