¿Cuáles son las propiedades del material más importantes para los transistores futuros (<7nm node gate length)?

Answer 1

Comentarios cortos aquí de un no especialista en fabricación de circuitos integrados Creo que hay preocupaciones más importantes (o tan importantes, al menos …) que las propiedades del material para el escenario de reducción del dispositivo.

1) La física del dispositivo es importante aquí. Por ejemplo, el efecto del túnel cuántico es responsable de la corriente de fuga de la fuente de drenaje bastante alta cuando el transistor está en el estado APAGADO, ya en las dimensiones actuales de las puertas MOSFET (18 nm y menos) y se volverá más grave con tamaños más pequeños. Puede ver una tesis de diez años sobre el tema en Page en gatech.edu (la preocupación entonces eran longitudes de puerta de 25 nm, un límite que se superó hace media docena de años …). Vea también esta página de papel en berkeley.edu.

2) La disminución severa en la confiabilidad y el rendimiento de los dispositivos (MOSFET) y, por lo tanto, de los chips que contienen más de mil millones de MOSFET, como procesadores y memorias, será un aspecto muy importante para preocuparse. Eso se mitigará probablemente mediante el uso de bloques redundantes (lo que ya ocurre hoy en día), algoritmos de procesamiento tolerantes a fallas (cuando estén disponibles), arquitecturas de circuitos tolerantes a fallas y eventualmente algún tipo de circuitos de “autocuración” que eliminen las piezas que funcionan mal. Temas muy interesantes para la investigación aquí. Vea un artículo reciente sobre esto: Una nueva arquitectura híbrida tolerante a fallas para circuitos y sistemas CMOS digitales.

3) En mi humilde opinión, en unos pocos años o algunas décadas, algún tipo de dispositivo de conmutación (¿molecular, tal vez?) Tendrá que reemplazar el MOSFET y probablemente eso traerá diferentes problemas de propiedades del material que los que surgen con las técnicas actuales de fabricación de semiconductores.

Solo unos pocos pensamientos …

Answer 2

Jose Soares Augusto tiene razón en el dinero (¡podría escribir lo mismo yo mismo!) Paso más del 50% de mi tiempo en Hsinchu Science and Industrial Park trabajando con los procesos de vanguardia de los clientes tratando de abordar exactamente este tipo de problemas.

Si observa la Hoja de ruta tecnológica internacional de SEMI para semiconductores (también conocida como ITRS), verá que hay ideas y planes para esto, pero la incertidumbre es bastante alta. Los MOSFET pueden o no ser parte de la solución.

Lo más importante ahora mismo después de FinFET es probablemente MOSFET con canales III-V en silicio. Después de eso, prevalece mucha incertidumbre en términos de la brecha entre I + D y capacidad de fabricación. No es solo la física del dispositivo, sino los procesos de fabricación como la fotolitografía lo que plantea desafíos. La fabricación es el motor central de la innovación.

Se habla de cosas como la spintrónica, la plasmónica, los transistores cuánticos (NB no es lo mismo que la computación cuántica), etc., pero nadie sabe realmente cómo usarlos sin problemas con la tecnología actual (esto siempre es un requisito para que se adopte una nueva tecnología) porque todavía son muy inmaduros pero parecen prometer un camino. El desafío es que estas tecnologías son sumamente diferentes de las formas convencionales de hacer las cosas basadas en transistores. Es un territorio desconocido. Se requiere más I + D. Más inversión

Con toda seriedad, si realmente “debes saber” probablemente tendrás que ser una de las personas que hace que algo suceda en lugar de ser pasivo observador. Es ese tipo de situación, similar a cuando se inventó el transistor en 1948 o cuando se inventó el IC en 1959 o cuando se inventó el microprocesador en 1967. Todo el conocimiento comienza en una singularidad y alguien debe crear la singularidad: no crean sí mismos.

Answer 3

No soy un tipo de ciencia de los materiales, pero me gustaría compartir desde mi conocimiento y perspectiva.

Cuando comenzamos a usar silicio en un rango de menos de 10 nm, la cantidad de electrones responsables del estado de ENCENDIDO y APAGADO es de unos pocos miles, teniendo en cuenta el hecho de que tenemos corriente de fuga, por lo que mantener un transistor en estado de ENCENDIDO durante un período de tiempo más largo se ha convertido desafiante.

El nuevo material debería tener

1) La movilidad de los electrones y los agujeros debe ser lo más alta posible y más o menos igual. En el silicio, la movilidad de los electrones es aproximadamente tres veces mayor que la de los agujeros, por lo que debemos ampliar los transistores PMOS. Si la movilidad es la misma, podemos ganar mucho tamaño y, por lo tanto, también velocidad.

2) Debería ser fácil de fabricar, lo más significativo del silicio es su fácil fabricación de dióxido de silicio, que no es conductivo ni tiene una capa de aislamiento.

3) No debe ser reactivo a los materiales utilizados ampliamente ahora durante la fabricación. Uno no puede ir redescubriendo todos y cada uno de los productos químicos utilizados en el proceso de fabricación a partir del material base para morir.

Y lo más importante no debería ser muy costoso, nunca pagaría 5000 $ por un procesador IC que tenga una velocidad de procesamiento de 5 GHz.