MosFET/FinFET/GAFET ——鳍式晶体管还能走多远
之前的文章介绍了一下关于芯片7nm/5nm/2nm制程。
以及有关光刻机的相关文章。
先进工艺下使用的FET大多为finFET。
目前广泛使用的FET(场效应晶体管)分为mosFET和finFET,finFET又可成为鳍式晶体管或者3D晶体管,mosFET可称为平面晶体管。
在网上找了一张mosFET和finFET的示意图,以此说明两者的区别。
![](https://img.laitimes.com/img/9ZDMuAjOiMmIsIjOiQnIsICM38FdsYkRGZkRG9lcvx2bjxiNx8VZ6l2csQzYq1ENJpXT00keYhnRzwEMW1mY1RzRapnTtxkb5ckYplTeMZTTINGMShUYfRHelRHLwEzX39GZhh2css2RkBnVHFmb1clWvB3MaVnRtp1XlBXe0xyayFWbyVGdhd3LcV2Zh1Wa9M3clN2byBXLzN3btg3Pn5GcuATNwATO0gTM4ETNwEjMwIzLc52YucWbp5GZzNmLn9Gbi1yZtl2Lc9CX6MHc0RHaiojIsJye.png)
上图第一行为平面式mosFET,第二行为finFET,外状酷似鱼鳍。
下面主要分四部分介绍:
1.mosFET管工作原理
2.finFET工作原理
3.mosFET和finFET的优缺点
4.finFET发展前景
1、mosFET工作原理
从网上找了一张P衬底N阱工艺 mosFET原理图。
Q1:mosFET有几个端点?
mosFET有四个端点,分别为源极(S),漏极(D),栅极(G),衬底(B)。
Q2:mosFET的S和D有区别吗?
在不加电压的情况呀,S和D是不做区分的。
Q3:mosFET工作过程?
首先在栅极施加控制电压,也就是上图中VGS>0,排斥P衬底中的多数载流子——空穴,在栅极下留下少数载流子——电子,这一过程是形成通路的前提条件。
其次施加电压VDS>0,D端吸引电子,形成电流,电路导通。如图所示,D端相比S端的耗尽区会更深,因为D端相比S端具有更大的电压。
2.finFET工作原理
上图是典型的finFET结构,黄色的部分为SIO2,相比较于mosFET把S和D变成3D结构,相对应的G端3面控制沟道的产生。
finFET于1999年诞生于加州大学,这一项想法主要为突破芯片25nm进程,解决mosFET由于制程缩小伴随的隧穿效应。
3.mosFET和finFET优缺点
①finFET有源区一般为轻掺杂,大大减小了粒子的散射作用,载流子迁移率大大提高,开关速度增加。
②finFET增加了栅极对沟道的控制面积,抑制短沟道效应,减小了亚阈值泄漏电流,并且随着fin厚度的减小,控制能力不断加强。
③由于对短沟道效应有着很强的抑制,对沟道有着很强的控制,因而可以更厚的栅氧化层(SiO2),减小栅泄露电流。
④由于更强的栅控能力,进一步缩短栅长,减小mos管面积。
4.finFET发展前景
为了使finFET具有更小的体积,更大的集成度,会不断发展成如右图所示的圆柱形,但基于目前的光刻硅片工艺,在短阶段实现这一结构不太现实。
ISSCC前段时间,刊登了一篇来自SamSUNG的一篇GaFET结构,并且此结构声称已经用于SamSUNG的3nm制程。
正如上图所示,G端四面环绕控制薄鳍。
一代代先进工艺的产生,推动摩尔定律一直前行。