首頁 > 電晶體上的魚鰭
:::
電晶體上的魚鰭
2015/11/03
2479
國家實驗研究院奈米元件實驗室研發出「多重鰭高鰭式場效電晶體」製程技術,可以在同樣面積上增加大約2千萬顆電晶體,也就是讓各類電子產品的儲存容量增加20%。
 
 
IC製造是一場尺寸微縮與效能提升的研究競賽,目前的量產製程技術,可以在1平方公分的矽晶片上,製作大約1億顆電晶體。國家實驗研究院奈米元件實驗室研發出「多重鰭高鰭式場效電晶體」製程技術,可以在同樣面積上增加大約2千萬顆電晶體,也就是讓各類電子產品的儲存容量增加20%。這要如何辦到?請聽今天的主題:從平面到立體—電晶體上的魚鰭。

「場效電晶體」簡稱F.E.T./FET,它是一種用電場來控制電流的電晶體,換句話說,可以透過操作的電壓來控制電流是否通過。用水庫來比喻的話,您可以把場效電晶體的電流想像成水流,水庫會有閘門,來控制水流是否通過,同樣地,場效電晶體也有個「閘極」,來控制電流是否通過。

傳統的場效電晶體,它的構造是平面的,所以最佔面積。您可以把「閘極」想像成一塊平面的海綿,我們用操作電壓去控制它,就像我們用手掌去壓海綿一樣,只能從一個方向去壓。現在半導體愈做愈小,就像海綿也愈切愈小,操作電壓就愈來愈難做精確的控制。

為了克服這些問題,任職於柏克萊加州大學的華裔科學家胡正明院士,發明了「鰭式」場效電晶體(Fin-FET),這個「鰭」是魚鰭的鰭,意思是把場效電晶體的閘極做成立體的,好像一片魚鰭一樣凸起來。我們還是可以用海綿的比喻,比方一片海綿本來是十公分長、十公分寬,攤平在桌面上。現在我們讓它凸起來,同樣表面積的海綿,在桌面上只會佔據十公分長、三公分寬的區域,所以可以節省面積。另外凸起來的閘極,也比較好控制,我們可以從左、右、上三個方向來控制它,就像凸起的海綿,我們可以用壓的,也可以用兩根手指去捏,因此更容易控制。

而這項發明,也讓半導體的發展,不只在平面的尺寸上愈縮愈小,比如您常聽到的40奈米、28奈米、20奈米等等,也出現了立體3D的佈局,就像國研院副院長,也是國家奈米元件實驗室代理主任綦振瀛所分享的:

以前的話我們都是攤在一個平面上面,所以我們就只看平面的尺寸,可是現在變成3D以後的話呢,平面的尺寸不代表完整的一個形式,因為我們現在已經往上堆了。所以變成在另外一個「軸向」上面的佈局,也是一個重要的因素。

國研院奈米元件實驗室,領先全球開發出的多重鰭高「鰭式」場效電晶體,則更進一步。原來過去的「鰭式」場效電晶體只有「單一鰭高」,意思是所有凸起的閘極都一樣高,讓設計彈性受到限制。打個比方,傳統的平面場效電晶體就像是平房,單一鰭高的「鰭式」場效電晶體像傳統公寓,每間都一樣大,多重鰭高就像是現代化的大樓,有不同面積的格局,達到空間利用的最佳化。

就是因為這個原因,多重鰭高的「鰭式」場效電晶體,比起單一鰭高,可以減小晶片面積達到20%,降低大約兩成的成本,並有提高電路設計的彈性等優勢。國研院奈米元件實驗室並自12月起開放「非平面元件製作服務平台」,期待讓學研機構的前瞻研究與產業界接軌,有助於提升我國半導體產業的國際競爭力。

【本單元由行政院國家科學委員會補助製播】
2013-12-15 16:55:00播出
 
標籤 標籤:
電晶體(13)
推薦文章

TOP