邏輯芯片產(chǎn)業(yè)正朝著晶體管結(jié)構(gòu)的根本性變革邁進(jìn)。今天的晶體管，稱為FinFET，將會(huì)讓位于被稱為納米片晶體管、多橋溝道FET和柵極全能晶體管的器件。除了制造性能更好、體積更小的晶體管的動(dòng)力之外，納米片還為電路設(shè)計(jì)增加了FinFET所缺乏的自由度。本月早些時(shí)候，在IEEE國(guó)際固態(tài)電路會(huì)議上，三星的工程師們展示了這種額外的靈活性是如何使片上存儲(chǔ)單元的寫入電壓降低數(shù)百毫伏，從而有可能在未來的芯片上節(jié)省電力。

盡管中國(guó)臺(tái)灣半導(dǎo)體制造公司（TSMC）計(jì)劃在下一代工藝（3納米節(jié)點(diǎn)）中繼續(xù)使用FinFET，但三星還是選擇了推出其版本的納米片，即多橋溝道MOSFET（MBCFET）。在場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FinFET）中，溝道區(qū)（晶體管中電流流過的部分）是一個(gè)從周圍硅中凸出的垂直fin。閘門覆蓋在fin上，覆蓋在fin的三個(gè)側(cè)面，以控制流經(jīng)通道的電流。納米片用一堆水平的硅片代替了fin。

三星電子副總裁Taejoong Song在虛擬會(huì)議上告訴與會(huì)者：“我們已經(jīng)使用FinFET晶體管大約10年了，但是在3納米晶體管的周圍我們使用的是柵極晶體管?！毙碌木w管“提供高速、低功率和小面積”。

但是，正如早期的納米片開發(fā)者在IEEE Spectrum上解釋的那樣，新的器件結(jié)構(gòu)增加了finfet所缺乏的設(shè)計(jì)靈活性。這里的關(guān)鍵是晶體管通道的“有效寬度”，即Weff。一般來說，在給定的電壓下，更寬的通道可以驅(qū)動(dòng)更多的電流通過，從而有效地降低其電阻。因?yàn)槟悴荒芨淖僃inFET中fin的高度，用今天的晶體管提高Weff的唯一方法就是在每個(gè)晶體管上增加更多的fin。所以用FinFET，你可以使Weff增加兩倍或三倍，但不能增加25%或減少20%。然而，你可以改變納米薄片器件的寬度，這樣使用它們的電路就可以由具有各種特性的晶體管組成。

“最近，設(shè)計(jì)師們?cè)冢▽?shí)現(xiàn)最高設(shè)備頻率）和低功耗方面面臨許多挑戰(zhàn)，”Song說?！坝捎谶@種設(shè)計(jì)靈活性，SRAM…可以得到更大的改進(jìn)?！?/p>

宋和他的團(tuán)隊(duì)利用這種靈活性來提高下一代SRAM的性能。SRAM是一種六晶體管的存儲(chǔ)單元，主要用作處理器上的高速緩存，它也是邏輯芯片中最密集的部件之一。三星測(cè)試了兩種方案來改善SRAM的寫裕度，即切換電池狀態(tài)所需的最小電壓。該值一直處于壓力下，因?yàn)樾酒ミB已縮小，其電阻已因此增加。

SRAM的六個(gè)晶體管可分為三對(duì)：通柵、上拉和下拉。在FinFET設(shè)計(jì)中，這三種類型的Weff是相等的。但是對(duì)于納米片設(shè)備，三星團(tuán)隊(duì)可以自由地進(jìn)行修改。在其中一處，他們把隘口和斜坡加寬了。在另一個(gè)洞里，他們把隘口變寬了，拉下去的通道變窄了。

目的是降低寫入SRAM單元所需的電壓，而不使單元變得如此不穩(wěn)定以至于讀取時(shí)可能會(huì)意外地翻轉(zhuǎn)一點(diǎn)。他們提出的兩種方案利用了這些寬度調(diào)整——特別是拓寬通柵晶體管相對(duì)于上拉晶體管的寬度——來達(dá)到一個(gè)SRAM單元，其寫入電壓比正常情況下低230毫伏。

三星預(yù)計(jì)將在2022年使用3納米制程的MBCFET。
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