FinFET是什么？竟然全面攻占iPhone 6s
? FinFET，這個詞在近一年來占據(jù)半導體新聞頭版頭條的頻率很高。例如iPhone 6s內新一代A9應用處理器采用新電晶體架構很可能為鰭式電晶體（FinFET），代表FinFET開始全面攻占手機處理器；三星與臺積電較勁，將10納米FinFET正式納入開發(fā)藍圖；聯(lián)電攜ARM，完成14納米FinFET制程測試。 ? 到底什么是FinFET？它的作用是什么？為什么讓這么多國際大廠趨之若騖呢？ ? 什么是FET？ ? FET的全名是“場效電晶體（Field Effect Transistor，F(xiàn)ET）”，先從大家較耳熟能詳?shù)摹癕OS”來說明。MOS的全名是“金屬－氧化物－半導體場效電晶體（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，MOSFET）”，構造如圖一所示，左邊灰色的區(qū)域（矽）叫做“源極（Source）”，右邊灰色的區(qū)域（矽）叫做“汲極（Drain）”，中間有塊金屬（紅色）突出來叫做“閘極（Gate）”，閘極下方有一層厚度很薄的氧化物（黃色），因為中間由上而下依序為金屬（Metal）、氧化物（Oxide）、半導體（Semiconductor），因此稱為“MOS”。 ? MOSFET的工作原理與用途 ? MOSFET的工作原理很簡單，電子由左邊的源極流入，經過閘極下方的電子通道，由右邊的汲極流出，中間的閘極則可以決定是否讓電子由下方通過，有點像是水龍頭的開關一樣，因此稱為“閘”；電子是由源極流入，也就是電子的來源，因此稱為“源”；電子是由汲極流出，看看說文解字里的介紹：汲者，引水于井也，也就是由這里取出電子，因此稱為“汲”。?
MOSFET是目前半導體產業(yè)最常使用的一種場效電晶體（FET），科學家將它制作在矽晶圓上，是數(shù)位訊號的最小單位，一個MOSFET代表一個0或一個1，就是電腦里的一個“位元（bit）”。電腦是以0與1兩種數(shù)位訊號來運算；我們可以想像在矽晶片上有數(shù)十億個MOSFET，就代表數(shù)十億個0與1，再用金屬導線將這數(shù)十億個MOSFET的源極、汲極、閘極連結起來，電子訊號在這數(shù)十億個0與1之間流通就可以交互運算，最后得到使用者想要的加、減、乘、除運算結果，這就是電腦的基本工作原理。晶圓廠像臺積電、聯(lián)電，就是在矽晶圓上制作數(shù)十億個MOSFET的工廠。 ? 閘極長度：半導體制程進步的關鍵 ? 在MOSFET中，“閘極長度（Gatelength）”大約10納米，是所有構造中最細小也最難制作的，因此我們常常以閘極長度來代表半導體制程的進步程度，這就是所謂的“制程線寬”。閘極長度會隨制程技術的進步而變小，從早期的0.18微米、0.13微米，進步到90奈米、65納米、45納米、22納米，到目前最新制程10納米。當閘極長度愈小，則整個MOSFET就愈小，而同樣含有數(shù)十億個MOSFET的晶片就愈小，封裝以后的積體電路就愈小，最后做出來的手機就愈小。10納米到底有多小呢？細菌大約1微米，病毒大約100納米，換句話說，人類現(xiàn)在的制程技術可以制作出只有病毒1/10（10納米）的結構。 ? 注：制程線寬其實就是閘極長度，只是圖一看起來10納米的閘極長度反而比較短，因此有人習慣把它叫做“線寬”。 ? FinFET將半導體制程帶入新境界 ? MOSFET的結構自發(fā)明以來，到現(xiàn)在已使用超過40年，當閘極長度縮小到20納米以下的時候，遇到了許多問題，其中最麻煩的是當閘極長度愈小，源極和汲極的距離就愈近，閘極下方的氧化物也愈薄，電子有可能偷偷溜過去產生“漏電（Leakage）”；另外一個更麻煩的問題，原本電子是否能由源極流到汲極是由閘極電壓來控制的，但是閘極長度愈小，則閘極與通道之間的接觸面積（圖一紅色虛線區(qū)域）愈小，也就是閘極對通道的影響力愈小，要如何才能保持閘極對通道的影響力（接觸面積）呢？ ? 因此美國加州大學伯克萊分校的三位教授發(fā)明了“鰭式場效電晶體（Fin Field Effect Transistor，F(xiàn)inFET）”，把原本2D構造的MOSFET改為3D的FinFET，如圖二所示，因為構造很像魚鰭，因此稱為“鰭式（Fin）”。? 由圖中可以看出原本的源極和汲極拉高變成立體板狀結構，讓源極和汲極之間的通道變成板狀，則閘極與通道之間的接觸面積變大了（圖二黃色的氧化物與下方接觸的區(qū)域明顯比圖一紅色虛線區(qū)域還大），這樣一來即使閘極長度縮小到20納米以下，仍然保留很大的接觸面積，可以控制電子是否能由源極流到汲極，因此可以更妥善的控制電流，同時降低漏電和動態(tài)功率耗損，所謂動態(tài)功率耗損就是這個FinFET由狀態(tài)0變1或由1變0時所消耗的電能，降低漏電和動態(tài)功率耗損就是可以更省電的意思！ ? 掌握FinFET技術，就是掌握市場競爭力 ? 簡而言之，鰭式場效電晶體是閘極長度縮小到20納米以下的關鍵，擁有這個技術的制程與專利，才能確保未來在半導體市場上的競爭力，這也是讓許多國際大廠趨之若騖的主因。 ? ?評論 (0)