绝缘栅

3nm芯片来到冲刺阶段全球电子产品整体

发布时间:2023/2/15 23:59:15   
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先进工艺的半导体芯片研发投资越来越高,未来的5nm工艺芯片研发耗资需要5.4亿美元,3nm工艺就更烧钱了,工艺研发就需要40-50亿美元,晶圆厂建设需要亿美元。在半导体制造中,3纳米工艺是继5纳米MOSFET技术节点之后的下一个芯片缩小。截至年,三星和台积电已宣布计划将3nm半导体节点投入商业生产。

三星同样押注3nm节点,进度及技术选择都很激进,三星将淘汰FinFET晶体管,直接使用GAA环绕栅极晶体管。根据三星的信息,相较于7nmFinFET工艺,3nm工艺可以减少50%能耗、增加30%性能。三星计划年量产,疫情影响已推迟到年,但没有明确具体时间。去年,三星的FoundryForum活动中强调了先进封装的重要性;今年,三星的FoundryForum则将重点放在了先进制程的进度上。就此,我们也能够很明显地感受到,三星与台积电之间的竞争越发激烈。

而厂商之间的竞争,本质上是为了延续摩尔定律。而摩尔定律的续命关键就是让晶体管结构从FinFET走向GAA。晶体管在芯片中起到“开关”作用,能通过影响相互的状态传递信息。晶体管的栅极控制着电流能否从源极流向漏极,电子流过晶体管相当于“开”,电子不流过晶体管相当于“关”。随着晶体管尺寸缩小,源极和栅极间的沟道不断缩小,当沟道缩短到一定程度时,即便不加电压,源极和漏极也因间距过小而互通,即产生“漏电”现象,晶体管则失去“开关”的功能,无法实现逻辑电路。

英特尔在年转向22nmFinFET。FinFET的立体构造将漏极和源极由水平改为垂直,沟道被栅极三面环绕,不仅增厚绝缘层,而且增加接触面积,避免漏电现象的发生。相比平面晶体管,FinFET在工艺节点减小时,能做到更好的性能和电压缩放,切换速度和电流密度均显著提升。而随着深宽比不断拉高,FinFET逼近物理极限,为了制造出密度更高的芯片,环绕式栅极晶体管(GAAFET,Gate-All-GroundFET)成为新的技术选择。

总而言之,纵观全球半导体制程玩家,目前仅剩三足鼎立:英特尔、三星和台积电。而其中真正卯着劲在攻坚3nm的,其实只有三星和台积电两家而已。从市场份额来看,台积电暂时领先。



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