Výzkumníci vytvořili jen 2,5 nm široké tranzistorové žebro pomocí "thermal ALE"

Tranzistory typu GAA by měly být další evolucí nastolenou nástupem technologií FinFET. Dříve byly tranzistory prostě rovné, ale s nástupem 22nm procesu Intelu nám vyrostly do výšky jako 3D Tri-gate a v případě typu GAA by hradlo (gate) mělo obepínat už celý kanál ze všech stran pro maximální výkon a efektivitu využití prostoru. 

 

klasický rovinný tranzistor (vlevo), FinFET (vpravo) a GAA (dole)

 

Když se nyní podíváme na notně přibarvený snímek poskytnutý MIT a Univerzitou v Coloradu, ten nám může připomenout právě tranzistory GAA, které ale už dokázalo vytvořit IBM, a to hned se ztrojenými kanály. Dle MIT jde ale stále o FinFET. 

 

 

MIT se ale chlubí něčím jiným, a sice rozměry a použitou technologií. Využívá se zde nedávno vynalezená technika thermal ALE, která má umožnit velice "přesné modifikace polovodičových materiálů na atomární úrovni". Díky tomu byly dle zprávy MIT vytvořeny 3D tranzistory s průměrem jen 2,5 nm a vyšší efektivitou v porovnání s komerčně nasazenými technologiemi. My ale budeme spíše počítat s tím, že jen žebro daného tranzistoru bylo široké 2,5 až 3 nm (zpráva však uvádí 2,5 či 3 nm pro celý tranzistor) a samotný tranzistor bude jako celek větší. Vede mě k tomu zmínka o tom, že vytvořené tranzistory jsou asi 2x menší než v dnešních komerčně vyráběných čipech, přičemž pokud si vezmeme 7nm technologii, ta v žádném případě nedokáže tvořit tranzistory, které by celkově měřily jen 7nm. Přiblížit se tomu může právě jen tloušťka žeber v rámci technologie FinFET.

 

Výhoda thermal ALE má spočívat právě v přesnosti zpracování materiálů a schopnosti tvořit vysoce kvalitní tranzistory. Především ji ale mohou využít běžné výrobní nástroje, takže je tu i možnost rychlého zařazení do výrobních procesů.

 

Jak dobře víme, výroba moderních čipů zahrnuje tvorbu povlaku ze zvoleného materiálu na podkladu a pak leptání, při němž se tvoří obvody. Pro tvorbu tranzistorů se povrch čipu před leptáním osvítí skrze masku odpovídající struktuře dané vrstvy. Materiál vystavený světlu pak podlehne procesu leptání a je smyt, zatímco ostatní zůstane. K tomu se dnes využívá jednak atomic layer deposition (ALD) a pak atomic layer etching (ALE). V případě ALE mluvíme sice o leptání, což evokuje kyselinu běžně využívanou třeba pro výrobu plošných spojů, ale v tomto případě daný proces využívá plazma s nabitými ionty, které na určených místech odstraní atomy naneseného materiálu. Ovšem tato metoda jednak trošku poškodí i zbytek vyráběného čipu a pak jej vystaví i procesu oxidace. 

 

V Coloradu tak v roce 2016 přišli s technikou thermal ALE, která spoléhá na chemickou reakci zvanou výměna ligandů. Opravdu se nechystám předstírat, že chemii na této úrovni ještě rozumím, a tak použiji definici toho, že "Ligand je atom, ion nebo molekula, která poskytuje jeden nebo více elektronových párů centrálnímu atomu (ligand vystupuje jako Lewisova báze). Takto vytvořená vazba se nazývá koordinačně kovalentní." 

 

V případě thermal ALE jde o ligandy v podobě iontů, které se váží na kovové atomy jedné sloučeniny. Ty jsou nahrazeny ligandy z jiné sloučeniny a ve výsledku to celé způsobí, že takto ovlivněné atomy jsou z povrchu smyty. Thermal ALE se dosud používala zatím jen na odstranění nežádoucích oxidů, ale nyní byla poprvé modifikována pro práci s polovodiči a zde konkrétně s InGaAs (indium gallium arsenid). V rámci výzkumu bylo možné nanesený materiál "loupat jako cibuli", a to po pouze 0,2nm vrstvičkách, takže na jednu stranu jde o skutečně velice jemný a přesný proces, ale na druhou stranu je třeba jej mnohokrát opakovat. 

 

Především je ale možné využít stejná zařízení, která dnes slouží pro techniku ALD, takže nasazení thermal ALE pro leptání čipů by dle MIT mělo být celkem snadné. Mimochodem zpráva ke svému konci stále mluví o FinFET, ale zároveň se v ní uvádí, že hradlo je kolem kanálu "v podstatě obalené", takže to by zase odpovídalo GAA. Píše se tu ale také to, že daná technologie má potenciál vytvořit třeba čipy tvořené 30 miliardami tranzistorů, které budou navíc mnohem efektivnější díky absenci defektů způsobených oxidací. Pro srovnání, moderní NVIDIA TU102 pro TITAN RTX či RTX 2080 Ti tvoří 18,6 mld. tranzistorů, takže 30 miliard rozhodně není přehnané číslo. 

 

Zdroj: MIT