⚠ 11.2023: Сайт знаходиться в стані перебудови. Можливо тимчасове порушення функціонування.

В надрах мікросхем. Розтягнутий кремній

Автор статті: Сергій КРУШНЕВИЧ

Опубліковано: В недрах микросхем. Мой компьютер №50 (273) 2003, 15.12.2003


З моменту першої публікації статті з циклу "В надрах мікросхем" пройшов рік. За цей час розвиток мікроелектронної промисловості не зупинялося ні на жодну секунду. Сьогодні я постараюся коротко викласти суть основних нових і популярних старих технологій, не завантажуючи вас технічними термінами.

Почнемо з нової технології "розтягнутий кремній".

Розтягнутий кремній

Досконалості немає межі! Щоразу, коли інженери підходять до фізичної грані, переступити яку не дозволяють закони фізики, і виникає питання - невже подальший розвиток неможливий? В цей момент з'являється людина, яка пропонує змінити підхід до існуючих технологій та пропонує оригінальне рішення. Фізичну межу не відсунути, але можна підійти з іншого боку.

Одним з таких підходів є технологія, розроблена корпорацією IBM, яка називається "розтягнутий кремній" або як її ще називають на заході "strained silicon". Ця технологія офіційно була представлена 9 вересня 2003 року. За заявами IBM, вона дозволяє підвищити продуктивність мікропроцесорів до 35%, при цьому має знизитись рівень енергоспоживання.

Суть технології лежить у збільшенні відстані між атомами кремнію. Для цього використовують матеріал, у якого відстань між атомами більша ніж у кремнію і "з'єднують" кристалічні решітки. Наприклад, на рисунку 1 показано дві кристалічні решітки – кремнію (внизу) та розтягуючого матеріалу (наприклад, германію) – зверху. При зведенні цих матеріалів на відстані, що не перевищують міжатомні, між ними виникає взаємодія (рис 2). Ці міжатомні сили викликають спотворення будови кристалічних решіток і відстань між атомами на приконтактній ділянці змінюється (рис 3).

Кристалічні решітки кремнію та германію. Технологія Розтягнутий кремній Кристалічні решітки кремнія та германія. Технологія Розтягнутий кремній strained silicon
рис. 1,2,3

Збільшення міжатомних відстаней у кремнії призводить до зменшення опору проходження основних носіїв струму, що призводить до зменшення опору каналу під затвором і як наслідок зменшення затримок у передачу струму (швидкість світла теж має фізичну межу). При цьому також зменшується тепловиділення при проходженні струму.

Який результат? Не змінюючи технологічні норми (90 нм або 130 нм) можна ще трохи підвищити робочу частоту чіпів та знизити їх тепловиділення, виростивши лише ще один шар на підложці кремнію (рис 4).

Розтягнутий кремній на прикладі польового транзистора

рис. 2.

Технологія розтягнутий кремній розроблялася переважно для використання спільно з технологією кремній на ізоляторі, яка, в свою чергу, дозволяє вирощувати елементи мікросхеми не тільки в одній площині (приповерхневому шарі), як це було раніше, а й на поверхні підложки в кілька шарів.

За словами представників IBM збільшення продуктивності шляхом зменшення розмірів окремих елементів практично підійшло до межі, так як розміри окремих елементів стають практично співставимі з розмірами дясятків атомів, а перехід на новий (точніший) технологічний процес призводить до все більших витрат на переобладнання існуючих виробничих потужностей.

На сьогоднішній день для основних гігантів індустрії це коштує мільярди доларів. Але, за словами IBM, для переходу на нову технологію "розтягнутий кремній" їх виробничі потужності кардинальним чином переобладнати не доведеться. Однак у корпорації вважають, що новий метод виготовлення мікросхем буде використаний у промисловому виробництві не раніше, ніж через два-три роки, хоча на початку 2004 року передбачається поява перших робочих мікросхем. Ну що ж, чекатимемо.

Альтернатива “розтягнутому кремнію”

Блукаючи просторами Всесвітньої Павутини, я натрапив на інформацію про те, що фахівцям з Великобританії вдалося розробити альтернативну технологію отримання основного на сьогоднішній день елемента-транзисторабез подальшої мініатюризації.

За словами інженерів, перехід від рівномірної до мінливої (з періодом менше 100 нм) концентрації домішок призводить до підвищення рухливості дірок та електронів, і як наслідок – зменшення затримок під час поширення сигналу. Спеціально для даного технологічного процесу було розроблено нову модифікацію іонної камери. При переміщенні атомів кремнію від джерела до підложки (мішені), вони злегка зіштовхуються, взаємодіють між собою і утворюють хвилеподібну структуру. Використовуючи цю технологію, за словами розробників, можна досягти 8 нм технологічного процесу (зараз «гіганти» починають перехід із 130 нм на 90 нм).


Зміст

  • В надрах мікросхем. Як вирощують монокристалічний кремній та нарізають підложки. Частина 1.
  • В надрах мікросхем. Фотолітографія. Ізоляція. Дифузія. Окислення. Біполярна технологія. Частина 2.
  • В надрах мікросхем. Метал-оксид-напівпровідник (MOS, CMOS) та кремній на ізоляторі (COI) технології. Частина 3.
  • В надрах мікросхем. Об'єднання окремих елементів в закінчену схему - металізація. Тестування та монтаж в корпусі. Частина 4.
  • В надрах мікросхем. Підвищення ступеня інтеграції. Розтягнутий кремній Частина 5.
  • В надрах мікросхем. Підвищення ступеня інтеграції. Енергонезалежне зберігання інформації у навпівпровіднику - FLASH-пам'ять Частина 6.
  • Опубліковано:

    Оновленно: 24.11.2023


    (SKNewVersion)(29032024)
    Serhii K Home Page © 2003-2024