Počítačové čipy a hranice pokroku: kam spěje polovodičový průmysl?

 

Před řadou let přišel Intel vítězoslavně s novými tranzistory 3D Tri-gate, pro jejichž typ se později vžil prostší název FinFET. Mluvili jsme tehdy o 22nm procesu a procesorové generaci Ivy Bridge a nyní o 10 let a pár měsíců později už jsou téměř aktuální tranzistory GAAFET. 

 

 

Tranzistory FinFET jsou především o ploše, kterou zasahuje kanál do hradla tranzistoru. Jak název tranzistorů napovídá, jsou tu vertikální žebra (fin) namísto dříve (a stále) používaných rovinných či plochých tranzistorů, což představuje větší průřez pro tok elektronů v zapnutém tranzistoru na celkově malém půdorysu. A právě o tom budou i tranzistory GAAFET, kde GAA rovněž popisuje jejich hlavní vlastnost: Gate All Around. 

 

 

Není vůbec překvapivé, že s GAAFET se počítalo už pro procesy jako je nastupující 4LPP, což je dle označení evidentně technologie Samsungu. Nicméně nakonec to bude zřejmě 3nm proces a právě od firmy Samsung, čili pokud první procesory s FinFET (Ivy Bridge) přišly v roce 2012, budeme moci říci, že nástupci těchto tranzistorů se objeví právě po jedné dekádě. Co nabídnou? 

 

 

Nejdříve se podívejme na velice pěkně zpracované schéma, kde máme nahoře vlevo plochý tranzistor, vpravo FinFET a dole pak GAAFET. Právě tento obrázek krásně ukazuje, proč se mluví o GAA - Gate All Around, neboť hradlo zde obklopuje celý kanál kolem dokola pro maximalizaci plochy. Jenže to není vše. 

 

 

Jak ukazuje snímek od IBM, výrobci nechtějí tvořit jen takto relativně jednoduché struktury, ale mnohem složitější tranzistory, kde bude více "pater" nad sebou. Zde můžeme vidět průřez řadou tranzistorů se třemi navrstvenými kanály a právě to představuje hlavní rozdíl mezi nimi a jedním vysokým žebrem ve FinFET. 

 

Ale není GAAFET jako GAAFET. Stejně jako v případě FinFET se dal výkon tranzistoru či jeho celkové vlastnosti konfigurovat počtem vedle sebe stojících žeber, zde jsou podobné a ještě širší možnosti. Tranzistory GAAFET typu nanowire už jsou pro Samsung pasé, aniž by se vůbec dokázaly prosadit, neboť představovaly jen tenké "drátkové" kanály a namísto nich se počítá rovnou s typem nanosheet, kde bude možné volit rovnou šířku jednotlivých kanálů pro účely zvyšování efektivity. 

 

 

Už i laikovi ale musí být jasné, že stvořit takový tranzistor bude mnohem těžší i v porovnání s FinFET. To je samozřejmě pravda a ukazuje na to i následující obrázek znázorňující jednotlivé kroky. 

 

 

 

Na začátku máme prokládané vrstvy křemíku a sloučeniny křemíku a germania (SiGe). Právě SiGe poslouží jako podpůrná struktura, která se odstraní technikou Atomic Layer Etching a vzniknou tzv. nanosheet, čili nanovrstvičky křemíku, od nichž bylo odvozeno právě i označení pokročilejších verzí GAAFET. Volný prostor je pak zaplněn High-K dielektrikem a kovem, což není zrovna lehký úkol, který v IBM dle svých slov vyřešili s využitím speciálních chemikálií a techniky ALD - Atomic Layer Deposition, s jejíž pomocí se tak struktura tranzistoru dotvoří. 

 

GAAFET tak pravděpodobně v kombinaci s EUVL zajistí další éru pokroku, přičemž pro naše budoucí já si zatím necháme otázku, co přijde potom, až ani tyto technologie nebudou stačit. Zatím bohatě postačí to, že už technologie s GAAFET a EUVL budou velice drahé, pro leckoho až příliš drahé, ale i na to se připravuje odpověď.