近日，中国科学院微电子研究所先导中央研究员殷华湘团队基于主流GAA晶体管的制造工艺，在体硅衬底上通过调度SiGe/Si叠层外延中底部SiGe层的Ge含量，并在后栅沟道中采取纳米级高选择比SiGe层刻蚀技能，设计并制备出沟道构造类似鱼骨状的GAA器件（FishboneFET）。由于在传统堆叠Si纳米片间引入额外的应变SiGe nano-fin构造，在相同的平面投影面积下大幅增加了GAA器件中的沟道导电面积并提升了P型器件的驱念头能。比较同类型的树型（Tree-like）GAA器件（TreeFET），该研究设计的FishboneFET进一步改进了N型与P型器件的电学性能失落配问题，并利用单一功函数金属栅材料实现了面向CMOS器件的阈值调控，办理了FishboneFET晶体管在CMOS集成中的关键问题。基于上述创新技能，科研团队研制出兼容主流GAA器件工艺的CMOS FishboneFET和TreeFET器件，得到高的N/PFET器件电流开关比，在单一功函数金属栅下得到更为平衡的N型与P型GAA器件驱念头能匹配。研究创造，N型TreeFET和FishboneFET在抑制短沟道器件的漏致势垒降落（DIBL）效应上更具上风，且TreeFET较FishboneFET具有更低的DIBL效应。科研团队提出了应变SiGe nano-fin中的价带补偿理论，阐明了新构造中的分外电学效应，为新型GAA晶体管导入高性能CMOS集成电路运用建立了关键技能路径。
近日，干系研究成果以Investigation of Fabricated CMOS FishboneFETs and TreeFETs With Strained SiGe Nano-Fins on Bulk-Si Substrate为题，揭橥在《电气和电子工程师协会电子器件快报》（IEEE Electron Device Letters）上，并当选为主编重点推举和“亮点文章”（Editors' Picks）。研究事情得到中国科学院计策性先导专项（A类）和国家自然科学基金委员会等的支持。
（a）新型FishboneFET与TreeFET构造的TEM结果；（b）堆叠SiGe/Si层中SiGe材料双端刻蚀深度随Ge含量变革趋势；（c）100nm栅长器件的Ids-Vgs特性@Vdsat=±0.9V；（d）器件的DIBL效应随栅长变革关系；（e）Si NS和应变SiGe nano-fin的能带示意图。
下一代晶体管有何不同虽然finFET仅有12年的历史，但它已经走到了尽头。从3nm开始，它们正被环栅(GAA)取代，估量这将对芯片的设计办法产生重大影响。
如今，GAA有两种紧张形式：纳米片和纳米线。关于纳米片以及纳米片和纳米线之间的差异存在很多困惑。业界仍旧对这些设备理解不多，也不知道个中一些问题的长期影响有多大。与任何新设备一样，第一代是一种学习工具，并且会随着韶光的推移而不断改进。
我们为什么要做出这样的改变？imec研发副总裁Julien Ryckaert表示：“如果finFET间距能够连续缩小，人们就会连续利用finFET。”“问题是finFET无法扩展，由于您须要在两个鳍之间插入栅极、功函数堆栈。由于这些设备的布局办法的实质，您被迫将两个鳍片分开15到20纳米，以是你就有了这个问题。由于这种量子化，如果你连续将标准单元缩小1纳米，你的活动面积就会减少1纳米，这可能会导致全体鳍消逝。那一刻人们说，‘我们须要找到办理方案。’”
平面晶体管、finFET与全栅 来源：Lam Research
环栅(GAA)与finFET类似。Atomera首席技能官Robert Mears表示：“FinFET将平面晶体管翻转过来，这样鳍片高度就变成了等效平面晶体管的宽度。由于处理限定固定了鳍片高度，因此晶体管宽度只能通过利用额外的鳍片来以离散量变革。GAA回归平面几何形状，但现在具有垂直堆叠的平面纳米片。因此，原则上宽度可以连续变革。”
这不太可能发生。“由于它是平面构造，因此调度有效宽度会更加灵巧，理论上您可以连续改变片材宽度，”imec的Ryckaert说。“然而，晶圆厂很可能会限定设计师利用任意纳米片宽度的能力，并且他们会逼迫进行限定。”
这很可能是由于创建模型的韶光和困难。“每个设备尺寸都必须单独进行表征、鉴定和建模，这会增加开拓PDK的本钱，”Atomera的Mears说道。“在库级别，我们可以期望利用宽度作为附加变量来更好地优化逻辑和SRAM，以优化功耗性能权衡。”
逻辑技能路线图。来源：新思科技
显然，随着设备尺寸的缩小，变革将成为常态。“我们估量纳米片将用于至少两个节点，但之后扩展纳米片构造将变得非常棘手，”Ryckaert说。“我们提出了 forksheet，它是纳米片观点的改编。它具有缩放属性，可以启用其余两个节点。然后是CFET（互补FET堆叠），其灵感来自纳米片，但采取堆叠配置。”
GAA的寿命可能与finFET相似。“它很可能会存在10年，”Synopsys TCAD产品组研究员Victor Moroz说。“但在2030年旁边，我估量该行业将转向堆叠晶体管，即两个GAA晶体管彼此堆叠。有些人称之为CFET、互补FET或堆叠晶体管。”
“在CFET之后，我们就完成了2D集成电路，”Moroz补充道。“我们估量逻辑晶体管密度将达到每平方毫米50亿个晶体管旁边，SRAM晶体管密度将达到每平方毫米10亿个。然后我们就陷入了困境，由于虽然你可以为所欲为地挤压晶体管，但统统都会受到将晶体管连接在一起的电线的限定。唯一的出路是堆叠小芯片。”
