英特爾宣布，22nm三柵極（Tri-Gate）的革命性3D晶體管將批量生產(chǎn)，還將在2011年底前批量投產(chǎn)研發(fā)代號(hào)為Ivy Bridge的22nm微處理器芯片，首先用于筆記本電腦、服務(wù)器和臺(tái)式機(jī)。其革命性體現(xiàn)在把已延續(xù)了50多年的2D平面晶體管結(jié)構(gòu)突破到了3D結(jié)構(gòu)且可批量生產(chǎn)，這堪稱一個(gè)里程碑式的標(biāo)志。目前，除了英特爾之外，還沒(méi)有其他任何一家廠商可以做到這一點(diǎn)。
雖然英特爾沒(méi)有公布3D結(jié)構(gòu)晶體管用于低功耗凌動(dòng)處理器的具體時(shí)間表，但英特爾大連芯片廠總經(jīng)理兼技術(shù)與制造事業(yè)部亞洲區(qū)發(fā)言人Kirby Jefferson表示：“會(huì)很快。”由此可以預(yù)期，一旦采用3D三柵極晶體管的凌動(dòng)處理器進(jìn)入市場(chǎng)，在低功耗、低成本的嵌入式領(lǐng)域必將掀起一場(chǎng)滔天巨浪。屆時(shí)，I-A（英特爾與ARM）大戰(zhàn)將正式進(jìn)入貼身白熱化的程度，ARM將面臨來(lái)自22nm工藝3D三柵極晶體管技術(shù)的強(qiáng)勁挑戰(zhàn)。
隨著英特爾3D三柵極晶體管消息的發(fā)布，ARM股價(jià)應(yīng)聲狂跌了7.3%，而英特爾股價(jià)則趁勢(shì)上漲了1.95%。不管未來(lái)I-A戰(zhàn)役雙方勝負(fù)結(jié)果如何，可以肯定的是，消費(fèi)者將會(huì)享受到價(jià)格更低、功耗更小、性能更高的嵌入式消費(fèi)電子產(chǎn)品帶來(lái)的愉悅體驗(yàn)。
下面來(lái)看看3D三柵極晶體管的技術(shù)特性。在低電壓時(shí)，22nm工藝的3D三柵極晶體管比此前的32nm平面晶體管柵極延遲，即開(kāi)關(guān)速度快了37%，功耗降低了50%。
圖1 英特爾3D三柵極晶體管結(jié)構(gòu)圖
那么上述特性是如何實(shí)現(xiàn)的呢？傳統(tǒng)扁平的2D平面晶體管只在頂部有一個(gè)柵極，英特爾的研發(fā)人員將2D平面柵極“拔”高成了相當(dāng)薄的、從硅基體垂直豎起的3D硅鰭狀物（見(jiàn)圖1）。這樣，在鰭狀物的兩側(cè)和頂部各有一個(gè)柵極，形成導(dǎo)電通道，增加了反型層面積，提高了次臨界斜率，降低了漏電流和臨界電壓，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電流控制。使晶體管在“開(kāi)”的狀態(tài)下讓盡可能多的電流通過(guò)，而在“關(guān)”的狀態(tài)下盡可能讓電流接近零，降低了功耗；同時(shí)還能在兩種狀態(tài)之間迅速切換，開(kāi)關(guān)速度快就可以提高晶體管性能。這種情況下，制造成本只增加了2-3%。英特爾3D三柵極晶體管與32nm平面晶體管對(duì)比、3D三柵極晶體管與2D平面晶體管的通道電流與柵極電壓特性曲線比較分別如圖2和圖3所示。
圖2 英特爾22nm 3D三柵極晶體管與32nm平面晶體管對(duì)比
圖3 英特爾3D三柵極晶體管與傳統(tǒng)2D平面晶體管的通道電流與柵極電壓特性曲線比較
另外，由于Bulk 晶體管、部分耗盡型SOI（PDSOI）晶體管屬于未完全耗盡型晶體管，而全耗盡型SOI（FDSOI）需要昂貴的超薄SOI 晶圓，整體制程成本增加了大約 10%。因此，英特爾沒(méi)有采用上述技術(shù)。
3D三柵極晶體管結(jié)構(gòu)還提供了一種管理晶體管密度的方式，由于這些鰭狀物本身是垂直的，晶體管也能更緊密地封裝，這是摩爾定律追求的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵所在。未來(lái)，設(shè)計(jì)師還可以不斷增加鰭狀物的高度，從而獲得更高的性能和能效。
據(jù)悉，英特爾專門(mén)在全球同步的美國(guó)發(fā)布會(huì)上展示了22nm工藝的Ivy Bridge微處理器，可用于筆記本電腦、服務(wù)器和臺(tái)式機(jī)�；贗vy Bridge的酷睿系列處理器將是首批采用3D三柵極晶體管進(jìn)行批量生產(chǎn)的芯片。 |
