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。本月早些時候，在IEEE國際固態(tài)電路會議上，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。

盡管中國臺灣半導(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在虛擬會議上告訴與會者：“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。”新的晶體管“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)師們在（實(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)。”

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的六個晶體管可分為三對：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)定以至于讀取時可能會意外地翻轉(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于上拉晶體管的寬度——來達(dá)到一個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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