Эра трёхмерных логических полупроводников, способных преодолеть ограничения по миниатюризации чипов, наступит раньше, чем предполагалось — немалые усилия для этого приложили инженеры Samsung. Им удалось совершить прорыв в области многослойной структуры и построить самый маленький в мире транзистор, предназначенный для 3D-компоновки, сообщает Seoul Economic Daily.

72 полёта над Марсом: как Ingenuity пережил зиму, сбои и собственную миссию

Выбираем лучший игровой ноутбук до 100 000 рублей: сравнительное тестирование 7 интересных моделей

Обзор Ryzen 9 9950X3D2: правильный 16-ядерник с 3D-кешем

Ryzen и DDR5-6000 на чипах Samsung — G.Skill даёт добро

Обзор Intel Core Ultra 7 270K Plus — лучший Arrow Lake за полцены

Обзор Intel Core Ultra 5 250K Plus, или Как Arrow Lake превратился в «топ за свои деньги»

Источник изображения: BoliviaInteligente / unsplash.com

Новый компонент разработали инженеры отдела Logic TD в Центре полупроводниковых исследований Samsung Electronics. Свои достижения в реализации трёхмерного многослойного полевого транзистора (3D Stacked FET, или 3DSFET) они представили на конференции VLSI Symposium 2026. Это первая в отрасли демонстрация промышленно реализуемой 3D-структуры с шагом затвора всего 42 нм — рекордный показатель, превзошедший предыдущий отраслевой минимум в 48 нм.

Технологии размещения полупроводниковых компонентов на заданной площади достигли своего предела. Samsung считается первой в отрасли компанией, которой удалось совершить прорыв в области вертикальных структур, при которых компоненты размещаются друг над другом. Логические микросхемы совершенствуются по мере увеличения числа транзисторов на заданной площади, но расстояние между ними нельзя уменьшать бесконечно: истончаются и блокирующие электрические помехи изоляторы, что приводит к сбоям. При вертикальном размещении ограничение на толщину горизонтального изолятора исчезает — изолятор между верхним и нижним транзисторами располагается по вертикали и не занимает дополнительную площадь чипа.

Впервые эту концепцию реализовали в полупроводниках памяти V-NAND и HBM, и теперь её перенесли на логические чипы. Ключевые технические достижения: число нанолистов канала (сверхтонкой плёнки, по которой проходит ток) увеличили до трёх сверху и трёх снизу — это максимальное количество для 3D-стекированных транзисторов на сегодняшний день. Ранее соединение между верхними и нижними транзисторами производилось по C-образной траектории по боковой стороне; теперь корейские учёные применили прямое вертикальное соединение через технологию RBC (RX Bounded Contact) — «I-образное» сверление узких и глубоких отверстий с последующим заполнением изолятором и металлом без пустот. Дополнительно была реализована технология Middle Dielectric Isolation (MDI) — прецизионный средний диэлектрический изолятор для разделения n- и p-транзисторов.

Учёные продемонстрировали хорошие электрические характеристики как для n-FET, так и для p-FET, а также приемлемую равномерность параметров на пластине. Они рассчитывают, что вывод их технологии на рынок поможет изменить ландшафт проектирования чипов для систем искусственного интеллекта и высокопроизводительных вычислений. Если удвоить число транзисторов на той же площади, то энергоэффективность повысится вдвое — как, в теории, и производительность. Свою реализацию инженеры Samsung охарактеризовали как этап заложения первого кирпича: следующий шаг — создание тестовых цепей вроде SRAM-блоков для проверки работоспособности полной 3D-логики.

Исследователи из Корейского передового института науки и технологий (KAIST) представили методику расчёта квантового предела уменьшения транзисторов. С определённого момента квантовый эффект туннелирования приводит к неконтролируемому росту утечек тока. Методика даёт количественное представление о методах противодействия этим процессам, чтобы производители чипов двигались к наименее возможному транзистору не на ощупь, а осознанно.

Обзор Ryzen 9 9950X3D2: правильный 16-ядерник с 3D-кешем

Выбираем лучший игровой ноутбук до 100 000 рублей: сравнительное тестирование 7 интересных моделей

Ryzen и DDR5-6000 на чипах Samsung — G.Skill даёт добро

Обзор Intel Core Ultra 5 250K Plus, или Как Arrow Lake превратился в «топ за свои деньги»

72 полёта над Марсом: как Ingenuity пережил зиму, сбои и собственную миссию

Обзор Intel Core Ultra 7 270K Plus — лучший Arrow Lake за полцены

Источник изображения: ИИ-генерация ChatGPT/3DNews

Методика основана на широко используемой в квантовой физике теории функционала плотности. Научный мир с успехом использует её для моделирования электронных структур молекул материалов. При правильном подходе теория полностью годится для предварительной и довольно точной оценки предела масштабирования будущих полупроводниковых устройств. Эта задача становится особенно важной на фоне перехода индустрии к так называемым 2-нм техпроцессам, когда маркетинговое название функционального элемента уже не совпадает с реальными физическими размерами транзисторных структур, а сами элементы всё ближе подходят к квантово-механическим ограничениям.

Главная проблема миниатюризации состоит в том, что при слишком малых размерах элементов электроны начинают проходить через энергетические барьеры, которые в классической физике должны были бы их остановить. Это явление известно как квантовое туннелирование. Для транзистора оно означает рост паразитных токов утечки и ухудшение управления током между истоком и стоком. Экспериментально нащупать такие пределы крайне сложно: область контакта между металлическим электродом и полупроводниковым каналом имеет атомарно ничтожные размеры, а её геометрию и электронную структуру трудно контролировать с достаточной точностью.

В качестве модели для доказательства работы своей методики исследователи использовали однослойный дисульфид молибдена MoS₂ — двумерный полупроводник, который рассматривается как один из кандидатов в базовые материалы для транзисторов следующего поколения. Для MoS₂ были рассчитаны контакты с разными металлами, включая скандий, серебро, золото и палладий. Расчёты проводились для двух вариантов архитектуры: с верхним контактом и с краевым контактом.

Моделирование показало, что критическая длина туннелирования не является постоянной величиной: она зависит от работы выхода металла (того, насколько легко электрон покидает металл) и геометрии контактной структуры. Иными словами, предел миниатюризации можно сдвигать подбором материала электрода и способом соединения металла с двумерным каналом. И это хорошая новость, которая даёт надежду на дальнейшее уменьшение размеров транзисторов.

По расчётам KAIST, при оптимальном выборе металла и структуры контакта критическую длину туннелирования можно снизить до уровня менее 4 нм — настоящих, а не маркетинговых. Для транзисторов n-типа перспективной оказалась схема верхнего контакта с металлами с малой работой выхода, а для p-типа — краевой контакт с металлами с высокой работой выхода. Это не означает немедленного появления массовых транзисторов с такими размерами, но даёт инженерам новый инструмент проектирования: вместо дорогостоящего перебора опытных образцов можно заранее оценивать контактное сопротивление, режим туннельной утечки и предельную масштабируемость 2D-транзисторов на атомном уровне.

На конференции VLSI Technology and Circuits компании ASML и TSMC, а также бельгийский исследовательский центр IMEC совместно представили техпроцесс массового производства 2D-транзисторов на 300-мм кремниевых пластинах. Его внедрение произойдёт не завтра и не послезавтра, но точно будет востребовано после исчерпания ресурсов обычных кремниевых транзисторов нанометрового масштаба. По крайней мере, TSMC уже знает, куда ей двигаться дальше.

Обзор Intel Core Ultra 7 270K Plus — лучший Arrow Lake за полцены

Выбираем лучший игровой ноутбук до 100 000 рублей: сравнительное тестирование 7 интересных моделей

Обзор Ryzen 9 9950X3D2: правильный 16-ядерник с 3D-кешем

Обзор Intel Core Ultra 5 250K Plus, или Как Arrow Lake превратился в «топ за свои деньги»

72 полёта над Марсом: как Ingenuity пережил зиму, сбои и собственную миссию

Ryzen и DDR5-6000 на чипах Samsung — G.Skill даёт добро

Источник изображения: IMEC

Транзисторы масштаба 2D с атомарно тонкими проводящими каналами — это очевидное будущее электроники. Снижение масштабов технологических процессов делает транзисторные каналы всё короче и короче, что начинает мешать управляемости этими электронными приборами. Атомарно тонкие каналы можно надёжно перекрывать или открывать ничтожными токами на уровне статики, что также сделает такие полупроводники менее прожорливыми и более холодными.

Проблемой оставалось производство 2D-транзисторов обоих типов (полярностей) в рамках экосистемы 300-мм пластин, с чем успешно справились IMEC, ASML и TSMC. По крайней мере, они заявили об этом в совместном пресс-релизе.

Как сообщается в документе, на 300-мм кремниевой пластине партнёры продемонстрировали «масштабируемую интеграцию» nFET- и pFET-транзисторов с каналами из TMD-материалов — дихалькогенидов переходных металлов. Для nFET использовался MoS₂ (дисульфид молибдена), а для pFET — WS₂ (дисульфид вольфрама) или WSe₂ (диселенид вольфрама). Все представленные транзисторные структуры изготовлены с шагом CPP (contacted poly pitch) 50 нм, что примерно соответствует 3-нм технологическому процессу.

По данным IMEC, новые транзисторы показали хорошие вольт-амперные характеристики, низкий ток утечки в выключенном состоянии и работоспособность обоих типов проводимости — n- и p-типа — на одной 300-мм пластине.

Более того, инновационные 2D-транзисторы можно производить на обратной стороне пластины, куда стало модно переносить питание и часть интерфейса, разгружая лицевую сторону для чего-то полезного. Для этого предложено решение в виде канавок с вольфрамовой металлизацией на обратной стороне пластины, на которые впоследствии осаждаются 2D-материалы. Такой подход позволяет уменьшить контактную область транзисторов, не ухудшая их характеристик. Изготовление 2D-транзисторов, что также важно для экономии средств, происходит с использованием только одной маски на слой (при однократном экспонировании).

Впрочем, нужно ещё раз уточнить, что пока это не готовый коммерческий техпроцесс TSMC, а демонстрация возможности его переноса «из лаборатории на фабрику». Потенциально такие 2D-транзисторы могут использоваться в сверхмасштабируемой логике и для заполнения обратных сторон пластин, включая интерфейсы для стековой компоновки или подвода питания с тыла.

Японские исследователи сообщили о создании одних из самых тонких в мире полупроводниковых нанотрубок. Речь идёт о трубках из дисульфида молибдена (MoS2) диаметром около 1 нм, что примерно в 100 000 раз меньше толщины человеческого волоса. Работа интересна тем, что речь идёт не об углеродных нанотрубках, а о неорганических полупроводниковых структурах, которые в перспективе могут найти применение в электронике, сверхминиатюрных датчиках и исследованиях квантовых эффектов.

Выбираем лучший игровой ноутбук до 100 000 рублей: сравнительное тестирование 7 интересных моделей

Ryzen и DDR5-6000 на чипах Samsung — G.Skill даёт добро

Обзор Ryzen 9 9950X3D2: правильный 16-ядерник с 3D-кешем

72 полёта над Марсом: как Ingenuity пережил зиму, сбои и собственную миссию

Обзор Intel Core Ultra 5 250K Plus, или Как Arrow Lake превратился в «топ за свои деньги»

Обзор Intel Core Ultra 7 270K Plus — лучший Arrow Lake за полцены

Источник изображений: The University of Tokyo

Диаметр классических многослойных углеродных нанотрубок составляет около 10 нм, а однослойных — примерно 5 нм. Получить длинные и однородные структуры сложно даже в этом случае, а для атомарно тонких материалов вроде дисульфида молибдена задача ещё труднее. Исследователи решили её с помощью своеобразной формы, внутри которой удалось вырастить почти идеальную однослойную трубку из MoS₂.

В качестве такой формы, одновременно выполняющей роль изолятора, использовалась нанотрубка из нитрида бора (BN). После серии отжигов внутри неё сформировалась трубка из дисульфида молибдена. В результате учёные получили полупроводниковую структуру диаметром около 1 нм, окружённую слоем изолятора. По сути, это уже готовый канал транзистора. В перспективе такой подход позволит создавать транзисторы с затвором, охватывающим канал со всех сторон (gate-all-around), именно на такие структуры сейчас переходят ведущие производители чипов.

Измеренные электрические свойства нанотрубок из дисульфида молибдена хорошо совпали с теоретическими предсказаниями, сделанными ещё четверть века назад. По мнению авторов работы, предложенный подход позволит создавать нанотрубки не только из различных полупроводников, но и из сверхпроводящих материалов, расширив возможности, которые сегодня ассоциируются прежде всего с углеродными нанотрубками и графеном.

Следующим этапом станет увеличение длины таких структур. Сейчас в эксперименте удалось получить трубки длиной порядка 1 нм, а в дальнейшем исследователи рассчитывают довести этот показатель до 1 мкм — то есть увеличить длину примерно в тысячу раз.

На днях исследователи из Huawei совместно с командой Нанкинского университета в журнале Nature Electronics опубликовали работу, в которой сообщили о создании RISC-процессора с использованием 2D-материалов. В перспективе это поможет добиться рекордной плотности размещения транзисторов без использования передовых подсанкционных литографов ASML. Используя только местное оборудование, Китай сможет выпускать чипы не хуже решений TSMC, Intel и других лидеров отрасли.

Обзор Intel Core Ultra 7 270K Plus — лучший Arrow Lake за полцены

Обзор Ryzen 9 9950X3D2: правильный 16-ядерник с 3D-кешем

Выбираем лучший игровой ноутбук до 100 000 рублей: сравнительное тестирование 7 интересных моделей

72 полёта над Марсом: как Ingenuity пережил зиму, сбои и собственную миссию

Ryzen и DDR5-6000 на чипах Samsung — G.Skill даёт добро

Обзор Intel Core Ultra 5 250K Plus, или Как Arrow Lake превратился в «топ за свои деньги»

Источник изображения: Nanjing University

В статье речь идёт о первом параллельном микропроцессоре на таком двумерном полупроводнике, как дисульфид молибдена — MoS₂. За счёт гексагональной молекулярной структуры слой MoS₂ имеет толщину менее 1 нм, что можно сравнить с размером одного атома. Это позволяет сделать транзисторы на основе MoS₂ намного меньше классических кремниевых и плотнее упаковать их на подложке, добившись прорыва в продлении действия закона Мура иными средствами — без повышения разрешающей способности литографов, которые почти упёрлись в физические пределы технологии.

Свой чип команда исследователей назвала «Мэнци-1000» (Mengqi-1000, в английском варианте — Magic-1000). При этом в китайском языке понятие «Мэнци» имеет несколько иной смысл и означает «начало мечты» или «открытие мечты». Это микропроцессор с 1433 транзисторами на подложке с четырьмя металлическими слоями. Заявленная плотность интеграции — около 9336 транзисторов на 1 мм². Он может хранить данные во встроенном регистровом файле и выполнять арифметические операции с многобитными данными параллельно, но пока на очень скромной частоте — 1 кГц.

Отметим, около года назад учёные из Национальной лаборатории интегральных схем и систем Университета Фудань также сообщали в Nature о создании 32-битного RISC-V-процессора на элементах из дисульфида молибдена. Новая разработка более зрелая и функциональная, что демонстрирует прогресс китайских исследователей в развитии нестандартных технологий производства чипов. Безусловно, они пока не конкуренты новейшим техпроцессам TSMC и других лидеров, но в пересчёте на одинаковые нормы техпроцесса плотность транзисторов на MoS₂ примерно соответствует 2–3-нм техпроцессам TSMC или даже превосходит их.

По факту опытный чип Huawei «Мэнци-1000» произведён по нормам 0,5 мкм. Это означает, что в случае перевода производства чипов на 2D-материалах на субмикронные техпроцессы Китай может получить более мощные процессоры, не прибегая к новейшей литографии.

Добавим, Huawei уже сообщила о готовности подхватить знамя закона Мура, выпадающее из рук лидеров западного лагеря производителей, и продолжить его работу за счёт оптимизации сигнальной структуры чипов. Материалы типа дисульфида молибдена также рассматриваются в рамках этой цели. Если нельзя иди напрямую, нормальные герои всегда идут в обход.

Учёные из Корейского передового института науки и технологий (KAIST) разработали новую вычислительную систему на основе кремниевых осцилляторов (в более широком смысле — генераторов), способную решать сложные комбинаторные задачи значительно быстрее традиционных полупроводниковых компьютеров. Это может привести к появлению процессоров, которые будут в миллионы и миллиарды раз быстрее классических.

Выбираем лучший игровой ноутбук до 100 000 рублей: сравнительное тестирование 7 интересных моделей

Обзор Intel Core Ultra 7 270K Plus — лучший Arrow Lake за полцены

Обзор Ryzen 9 9950X3D2: правильный 16-ядерник с 3D-кешем

Ryzen и DDR5-6000 на чипах Samsung — G.Skill даёт добро

Обзор Intel Core Ultra 5 250K Plus, или Как Arrow Lake превратился в «топ за свои деньги»

72 полёта над Марсом: как Ingenuity пережил зиму, сбои и собственную миссию

Источник изображения: ИИ-генерация ChatGPT/3DNews

Классической комбинаторной задачей считается задача коммивояжёра, когда необходимо рассчитать оптимальный маршрут с посещением множества пунктов. Классические компьютеры решают её методом перебора или с использованием особых алгоритмов, что всё равно занимает много времени.

Значительный прогресс в решении комбинаторных задач обещают квантовые системы и, в частности, системы с квантовым отжигом, например, уже распространённые платформы компании D-Wave. Впрочем, с имеющими практическую ценность квантовыми системами наш мир ещё не знаком. Вот тут-то и может сработать открытие корейских учёных. Они обещают решать такие задачи и множество других в сфере статистической физики, финансов, химии и материаловедения с помощью старых добрых кремниевых транзисторов, наделив их новыми свойствами.

Более того, корейские исследователи представили свою разработку с философским обоснованием. Мол, первые транзисторы — это эпоха ключей, когда эти элементы играли роль коммутаторов сигналов. Вторая эпоха транзисторов — это усилители. Третья эпоха, которая наступает с новым открытием, — это транзистор как осциллятор, а множество транзисторов образуют вычислительную платформу на базе модели Изинга (статистические вычисления во множестве областей).

В своей основе модель Изинга разрабатывалась для описания намагничивания материала и оперирует спинами атомов в кристаллической решётке. Такая система стремится к наименьшей энергии, и её конечное состояние явит результат вычисления, если её воплотить в той или иной машине Изинга (а варианты на этот счёт есть и это не обязательно кубиты). Для специфических задач машина Изинга проведёт расчёт или моделирование за несколько часов, тогда как классической системе для получения того же результата потребуются тысячи лет непрерывной работы.

В основе южнокорейской разработки лежит так называемая осцилляторная машина Изинга — специализированный вычислитель, в котором множество осцилляторов обмениваются сигналами и синхронизируют свои частоты, естественным образом находя наиболее устойчивое состояние системы, что эквивалентно переходу в наименее энергетически затратное состояние. Именно это состояние соответствует оптимальному решению задачи. Исследователи смогли реализовать как сами осцилляторы, так и элементы связи между ними с помощью обычных кремниевых транзисторов, что позволило повысить точность синхронизации и улучшить обработку сложных вычислительных моделей.

Источник изображения: Science Advances (2026)

Эксперименты показали высокую эффективность системы при решении задачи максимального разреза графа, широко используемой в логистике, финансовом анализе и проектировании полупроводниковых схем. Главным преимуществом технологии является её совместимость с существующим КМОП-производством, что делает возможным массовое внедрение без необходимости создания новых фабрик или использования специальных материалов. Это открывает перспективы коммерческого применения разработки в промышленности уже в ближайшем будущем.

Разработка приобретает особую ценность в условиях, когда миниатюризация транзисторов приближается к физическим пределам. Новая концепция может стать основой для создания принципиально новых вычислительных архитектур и изменить будущее полупроводниковой индустрии. Третья эпоха транзисторов не за горами, уверены учёные. Во всяком случае, считать это так есть много веских оснований.

В поисках замены привычной памяти, производимой в рамках техпроцесса КМОП и приблизившейся к границам своих возможностей, разработчики снова и снова обращают взор на память с сегнетоэлектрическими транзисторами FeFET. Они обладают намного большей скоростью переключения, чем обычные полевые транзисторы FinFET, не требуют питания для сохранения состояния и потребляют сравнительно меньше энергии. Но существовали барьеры, которые им мешали. Существовали…

Обзор Intel Core Ultra 7 270K Plus — лучший Arrow Lake за полцены

72 полёта над Марсом: как Ingenuity пережил зиму, сбои и собственную миссию

Ryzen и DDR5-6000 на чипах Samsung — G.Skill даёт добро

Обзор Intel Core Ultra 5 250K Plus, или Как Arrow Lake превратился в «топ за свои деньги»

Выбираем лучший игровой ноутбук до 100 000 рублей: сравнительное тестирование 7 интересных моделей

Обзор Ryzen 9 9950X3D2: правильный 16-ядерник с 3D-кешем

Источник изображений: Science Advances 2026

Команда учёных из Пекинского университета (Peking University) предложила интересное решение для масштабирования техпроцесса производства транзисторов FeFET, которое было больным местом компонентов на основе сегнетоэлектриков (в англоязычной литературе — ферроэлектриков). Также новая разработка значительно снижает управляющее напряжение таких транзисторов, которое долгое время не могло опуститься ниже 1,5 В. Очевидно, что это не позволяло им быть совместимыми с современной малопотребляющей логикой, которая давно оперирует напряжениями ниже 1 В.

Китайские исследователи решили задачу оригинально — они повысили концентрацию переключающего поля затвора, за счёт чего удалось преодолеть коэрцитивное поле ферроэлектрика и переключить его поляризацию подачей меньшего напряжения. Концентрацию поля обеспечила металлическая однослойная углеродная нанотрубка (m-SWCNT) длиной 1 нм. Это и есть затвор. За счёт малого диаметра нанотрубки концентрация поля достигла рекордного уровня, и поляризацию материала транзистора удалось изменить подачей управляющего напряжения всего 0,6 В. При этом скорость переключения не пострадала, а энергонезависимые свойства FeFET сохранились.

В целом предложенная структура сегнетоэлектрического транзистора с затвором 1-нм длины выглядит следующим образом: канал из MoS₂, тонкий диэлектрик h-BN (5 нм), плавающий затвор из многослойного графена, ферроэлектрический слой CuInP₂S₆ (CIPS) толщиной от 6,5 до 70 нм и затвор в виде металлической однослойной углеродной нанотрубки (m-SWCNT) длиной 1 нм. Благодаря экстремально малому радиусу кривизны нанотрубки происходит сильная концентрация электрического поля (усиление до 2,6 раза), что локально повышает напряжённость поля в сегнетоэлектрике до 2,7 × 10⁶ В/см при внешнем напряжении всего –0,6 В.

Скорость программирования предложенной транзисторной архитектуры составляет 1,6 нс (при импульсе 3 В). Удержание данных превышает 10⁴ секунд, а износоустойчивость превышает 10⁴ циклов без заметной деградации. Эти параметры значительно превосходят традиционные FeFET по напряжению, скорости и потреблению.

Обозначенный прорыв позволяет впервые добиться полной совместимости по напряжению сегнетоэлектрической памяти с передовой логикой, устраняя необходимость в высоковольтных цепях и открывая перспективы для сверхэнергоэффективных ИИ-чипов, нейроморфных систем и памяти 3D-NAND.

Концепция нанозатворного усиления поля универсальна и может применяться к другим сегнетоэлектрикам (HZO, перовскитам), а также интегрироваться в CMOS-процессы. Работа демонстрирует, что углеродные нанотрубки остаются актуальными для самых продвинутых технологических норм ближайшего будущего и закладывает основу для энергонезависимых технологий с техпроцессом менее 1 нм с минимальными потерями и максимальной производительностью. Кстати, в Samsung придерживаются того же мнения, но это уже другая история.

2D-транзисторы на основе 2D-материалов демонстрируются в академических и лабораторных условиях более десяти лет, но ни одна из этих демонстраций не была совместима с крупносерийным производством. Они основывались на специализированных исследовательских инструментах и ​​хрупких технологических этапах. Но на этой неделе Intel Foundry и Imec продемонстрировали готовую к 300-миллиметровому производству технологию производства 2D-полевых транзисторов (2DFET).

Выбираем лучший игровой ноутбук до 100 000 рублей: сравнительное тестирование 7 интересных моделей

Обзор Ryzen 9 9950X3D2: правильный 16-ядерник с 3D-кешем

Ryzen и DDR5-6000 на чипах Samsung — G.Skill даёт добро

72 полёта над Марсом: как Ingenuity пережил зиму, сбои и собственную миссию

Обзор Intel Core Ultra 5 250K Plus, или Как Arrow Lake превратился в «топ за свои деньги»

Обзор Intel Core Ultra 7 270K Plus — лучший Arrow Lake за полцены

Современные передовые техпроцессы — такие как Intel 18A, Samsung SF3E, TSMC N2 — основаны на транзисторах с затвором, окружающим затвор со всех сторон (Gate-All-Around, GAA). В настоящее время все ведущие производители микросхем разрабатывают комплементарные полевые транзисторы (Complementary Field-Effect Transistor, CFET) с возможностью их вертикального размещения с целью повышения плотности за пределы возможностей GAA.

CFET считаются следующим шагом после транзисторов с затвором, охватывающим всю поверхность кристалла, и ожидается, что они появятся в течение следующего десятилетия. Однако Intel и другие производители микросхем утверждают, что дальнейшее масштабирование в конечном итоге приведёт к пределу физических возможностей кремниевых каналов, где электростатический контроль и подвижность носителей ухудшаются из-за чрезвычайно малых размеров. Для решения этой проблемы отрасль все чаще оценивает двумерные материалы, которые могут формировать каналы толщиной всего в несколько атомов, сохраняя при этом надёжный контроль тока.

Intel и Imec представили на IDM доклад, в котором подробно описывается их работа над семейством дихалькогенидов переходных металлов (TMD) — перспективных материалов для производства чипов, представляющих собой атомарно тонкие кристаллы. В продемонстрированных структурах сульфид вольфрама (WS₂) и сульфид молибдена (MoS₂) использовались для создания транзисторов n-типа, а селенид вольфрама (WSe₂) служил материалом для каналов p-типа. Эти соединения изучаются уже много лет, но подогнать их под существующие технологические процессы производства чипов на 300-мм пластинах не получалось. Основная сложность заключалась в том, что хрупкие каналы легко повредить. А также разработчикам мешало то, что предлагаемые прежде решения невозможно надежно воплотить в условиях современного массового производства.

Основной инновацией, представленной Intel и Imec, является схема интеграции контактов и затворных стеков, совместимая с производством. Intel вырастила высококачественные 2D-кристаллы и покрыла их многослойным стеком из оксидов алюминия (Al₂O₃), гафния (HfO₂) и кремния (SiO₂). Затем с помощью тщательно контролируемого селективного травления, концептуально схожего с одним из этапов традиционного изготовления чипов, получилось сформировать верхние контакты. Таким образом удалось обеспечить целостность лежащих в основе 2D-каналов, которые очень чувствительны к загрязнению и физическим повреждениям.

Ключевым нововведением, представленным Intel и imec, является совместимая с производством на 300-мм пластинах схема интеграции контактов и затворной структуры. Этот подход решает одну из самых сложных задач в разработке 2D-транзисторов: формирование масштабируемых контактов с низким сопротивлением с использованием процессов, совместимых с производственным оборудованием. Наряду с контактами, Intel и imec также продемонстрировали возможность изготовления модулей затворной структуры.

Источник изображения: Imec

Важность этой совместной работы Intel и imec заключается не в немедленном внедрении в производство, поскольку 2D-транзисторы на основе 2D-материалов относятся к долгосрочной перспективе, возможно, ко второй половине 2030-х или даже к 2040-м годам. Ценность исследования скорее в снижении рисков при разработке и последующем производстве микросхем, которые будут использовать 2D-материалы.

Проверяя технологию в условиях реального производства, Intel Foundry позволяет клиентам и внутренним группам разработчиков оценивать её возможности, используя реалистичные, масштабируемые технологические предположения, а не идеализированные лабораторные условия. Этот подход призван ускорить тестирование устройств, компактное моделирование и ранние исследования в области проектирования.

Для Intel Foundry это исследование имеет особую важность. Во-первых, Intel Foundry продолжает проводить долгосрочные исследования технологий, которые понадобятся через годы, если не десятилетия, а это значит, что у компании будут решения для полупроводниковой промышленности в 2030-х или 2040-х годах, и, следовательно, она останется надёжным партнёром. Во‑вторых, Intel подчёркивает, что даже на этапе исследований новые концепции транзисторов должны разрабатываться с учётом технологичности производства, что под силу немногим компаниям.

Группа учёных из Университета науки и технологий имени короля Абдаллы (KAUST, Саудовская Аравия) установила рекорд в производстве чипов, создав первую в мире шестиуровневую гибридную КМОП-схему (комплементарную структуру). Ранее рекорд принадлежал бельгийскому центру Imec, разработавшему двухуровневую конструкцию CFET. Разработчики микросхем ограничены площадью кристаллов, и размещение транзисторов «друг у друга на голове» — один из способов шагнуть дальше.

Обзор Intel Core Ultra 5 250K Plus, или Как Arrow Lake превратился в «топ за свои деньги»

Обзор Ryzen 9 9950X3D2: правильный 16-ядерник с 3D-кешем

72 полёта над Марсом: как Ingenuity пережил зиму, сбои и собственную миссию

Ryzen и DDR5-6000 на чипах Samsung — G.Skill даёт добро

Обзор Intel Core Ultra 7 270K Plus — лучший Arrow Lake за полцены

Выбираем лучший игровой ноутбук до 100 000 рублей: сравнительное тестирование 7 интересных моделей

Источник изображения: KAUST

О разработке рассказано в статье в журнале Nature Electronics. Схема сочетает транзисторы n-типа — оксидные тонкоплёночные (OxTs) и p-типа — органические тонкоплёночные транзисторы (OrTs), предназначенные для массового производства электроники, включая гибкие дисплеи, носимые сенсоры и устройства Интернета вещей.

Авторы подчёркивают растущий спрос на интегральные схемы с низким энергопотреблением, механической гибкостью и возможностью масштабного производства, где традиционное горизонтальное расположение цепей и элементов сталкивается с ограничениями по разрешению и стоимости. Вертикальная интеграция позволяет увеличить плотность транзисторов, сократить длину соединений и минимизировать паразитные задержки, при этом укладываясь в рамки низкотемпературных процессов производства, что критично для ряда материалов, а также для многослойных чипов, склонных к перегреву из-за высокой плотности мощности.

Предыдущие работы ограничивались двумя слоями из-за проблем с выравниванием соединяемых поверхностей и перегрева многослойных решений. Однако предлагаемая платформа преодолевает эти барьеры, демонстрируя рекордные шесть транзисторных стеков с 41 технологическим слоем.

Источник изображения: Nature Electronics 2025

Изготовление шестислойной структуры осуществлялось в рамках 40-этапного литографического процесса на кремниевых подложках, начиная с буферного изоляционного слоя толщиной 2 мкм. Электроды (Al для OxTs и Ti/Au для OrTs) осаждались методом физического осаждения из паровой фазы (PVD) при низкой мощности для минимизации шероховатости (<1 нм). Весь процесс выполнялся при комнатной температуре или нагреве не выше 100 °C, чтобы избежать термических повреждений нижних слоёв. Размеры транзисторов варьировались: длина затвора для n-типа составляла 10 мкм, для p-типа — 3 мкм, при этом чередование типов обеспечивало баланс токов.

Характеристики транзисторов оценивались на 600 устройствах (по 100 на стек), показав лучшие результаты у нижних слоёв. Созданные на основе опытных массивов гибридные инверторы (300 шт.) достигли максимального коэффициента усиления 94,84 В/В, напряжения переключения 0,93–2,61 В и энергопотребления 0,47 мкВт. Также были протестированы логические элементы на основе шестиуровневых транзисторов — в частности, элементы NOR и другие.

Предлагаемая платформа открывает путь к созданию высокоплотных и энергоэффективных схем для крупномасштабной электроники, превосходя предыдущие двухслойные аналоги по плотности и производительности. Повышение качества соединения слоёв и использование низкотемпературных процессов обеспечивают совместимость с гибкими подложками, снижая паразитные эффекты и повышая пропускную способность. Авторы подчёркивают потенциал своей разработки для производства логики, памяти и сенсоров, что может революционизировать сферу энергоэффективных решений. Дальнейшие исследования будут сосредоточены на оптимизации верхних слоёв и интеграции с крупными подложками, что необходимо для подготовки коммерческих продуктов.

Инженеры Массачусетского технологического института (MIT) разработали магнитный транзистор, который может сделать электронику более энергоэффективной. Магниты известны людям уже тысячу лет, однако их свойства в электронике до сих пор не используются в полной мере. Исследователи из США восполняют этот пробел, предлагая магнитный транзистор с памятью — решение множества проблем современной электроники.

Обзор Ryzen 9 9950X3D2: правильный 16-ядерник с 3D-кешем

Обзор Intel Core Ultra 7 270K Plus — лучший Arrow Lake за полцены

72 полёта над Марсом: как Ingenuity пережил зиму, сбои и собственную миссию

Обзор Intel Core Ultra 5 250K Plus, или Как Arrow Lake превратился в «топ за свои деньги»

Выбираем лучший игровой ноутбук до 100 000 рублей: сравнительное тестирование 7 интересных моделей

Ryzen и DDR5-6000 на чипах Samsung — G.Skill даёт добро

Источник изображения: MIT

Основная проблема, которую решает разработка, — это фундаментальные ограничения кремниевых полупроводников: транзисторы не могут работать при напряжении ниже определённого порога, что ограничивает миниатюризацию и энергоэффективность устройств. Магнитный транзистор для управления потоком электронов использует их спин вместо традиционного заряда, что открывает путь к более компактным и экономичным схемам со встроенной памятью. Фактически, это развитие такого направления, как спинтроника.

В основе новой технологии лежит двумерный магнитный полупроводник — бромид сульфида хрома, который обладает уникальными магнитными свойствами и, что крайне важно, стабилен на воздухе. Материал наносится тонким слоем на кремниевую подложку, на которой предварительно формируются электроды для управления.

В отличие от кремниевых аналогов, магнитный транзистор переключается между двумя магнитными состояниями под действием внешнего магнитного поля, что изменяет его электронные свойства и позволяет работать с низкими затратами энергии. Кроме того, как выяснили учёные, электрический ток также может напрямую контролировать магнитные состояния — а это прямой путь к производству чипов с множеством таких транзисторов, что было бы затруднительно в случае управления только внешним магнитным полем.

Эксперименты с прототипом показали, что магнитный транзистор обеспечивает переключение или усиление электрического тока в 10 раз, тогда как существующие магнитные транзисторы дают лишь несколько процентов эффекта. Это приводит к более сильному и быстрому считыванию сигналов, делая устройство подходящим для высокопроизводительных приложений.

Наконец, магнитные свойства транзистора позволяют ему запоминать состояния, что делает его одновременно и ячейкой памяти — без необходимости записывать информацию куда-либо ещё. Подобное свойство ещё сильнее подчёркивает важность разработки, поскольку позволяет говорить о вычислениях в памяти — это особенно актуально в условиях развития ИИ и периферийных вычислений.

Обычные полупроводники едва выдерживают нагрев до полутора сотен градусов, тогда как для целого спектра технологических процессов необходимы датчики, устойчивые к более высоким температурам. Такие датчики и контроллеры нужны для реактивных двигателей и радаров воздушных судов, движущихся со скоростями, кратно превышающими скорость звука. Всё это породило другие материалы, среди которых выделяется нитрид галлия.

Ryzen и DDR5-6000 на чипах Samsung — G.Skill даёт добро

Обзор Intel Core Ultra 5 250K Plus, или Как Arrow Lake превратился в «топ за свои деньги»

Обзор Intel Core Ultra 7 270K Plus — лучший Arrow Lake за полцены

72 полёта над Марсом: как Ingenuity пережил зиму, сбои и собственную миссию

Выбираем лучший игровой ноутбук до 100 000 рублей: сравнительное тестирование 7 интересных моделей

Обзор Ryzen 9 9950X3D2: правильный 16-ядерник с 3D-кешем

Источник изображения: Pennsylvania State University

Чуть раньше исследователи предложили жароустойчивые транзисторы на карбиде кремния. Эксперименты показали, что такие транзисторы могут сохранять работу до температуры нагрева 600 °C. Новая работа, проделанная учёными из Университета штата Пенсильвания (Pennsylvania State University), опирается на другой материал — на нитрид галлия, который способен выдержать ещё больший нагрев — до 800 °C, когда начинает течь обычная поваренная соль.

Подобное свойство открывает новые сферы применения электроники, о которых сегодня люди могут даже не догадываться. В более прозаических, но важных областях чипы из нитрида галлия могут использоваться для мониторинга состояния газовых турбин и энергоёмких производственных процессов на химических и нефтеперерабатывающих заводах. Наконец, особое значение имеет космическое применение высокотемпературной электроники: например, температура на поверхности Венеры достигает 470 °C. Для бортовой электроники венерианского зонда требуются совершенно иные транзисторы, чем те, что производятся из обычных полупроводников.

Способность карбида кремния и нитрида галлия работать в таких экстремальных условиях обусловлена их широкой запрещённой зоной — энергетическим зазором между валентными зонами материалов, который, в частности, определяет их способность проводить ток. Обычный транзистор не сможет перейти в закрытое состояние при значительном нагреве: электронам требуется относительно мало энергии, чтобы преодолеть узкую запрещённую зону. Карбиду кремния и нитриду галлия, напротив, для возбуждения электронов в зону проводимости требуется значительно больше энергии, поэтому транзисторы из этих материалов не включаются самопроизвольно при высоких температурах. В них отсутствует тепловой пробой.

Учёные из Университета штата Пенсильвания создали экспериментальный нитрид-галлиевый транзистор с высокой подвижностью электронов (HEMT). Его структура включает плёнку из нитрида алюминия и галлия, расположенную поверх слоя нитрида галлия. Эта конфигурация направляет электроны к границе раздела двух материалов, где образуется двумерный электронный газ (2DEG) — отличительная особенность транзисторов HEMT. Этот газ обладает высокой подвижностью электронов и низким сопротивлением, что, помимо прочего, позволяет значительно быстрее переключаться между состояниями «открыт»/«закрыт». В этом отношении нитрид галлия превосходит карбид кремния, у которого с образованием облака 2DEG дела обстоят не так хорошо.

Экспериментальный транзистор HEMT из нитрида галлия при температуре 800 °C оставался работоспособным в течение часа. За это время он продемонстрировал хорошие рабочие характеристики, включая малые токи утечки (этот момент пришлось прорабатывать отдельно, чтобы надёжно изолировать рабочие слои от облака подвижных электронов).

Что касается планов на будущее, то следующие шаги будут направлены на масштабирование устройства с целью повышения его производительности. Чип может быть готов к коммерциализации уже в ближайшее время, поскольку на рынке крайне мало поставщиков подобных решений, а спрос на них уже сформировался. Это станет катализатором быстрого появления высокотемпературной электроники в промышленном сегменте.

Учёные из США смогли поставить на службу микроэлектронике парадоксальное физическое явление, названное отрицательной ёмкостью. Команда более 20 лет исследовала это явление, всё это время подвергаясь привычной критике. Однако целый ряд публикаций в научных журналах говорит сам за себя: этот странный эффект существует, и его можно использовать для повышения производительности транзисторов и чипов.

Ryzen и DDR5-6000 на чипах Samsung — G.Skill даёт добро

Выбираем лучший игровой ноутбук до 100 000 рублей: сравнительное тестирование 7 интересных моделей

Обзор Intel Core Ultra 7 270K Plus — лучший Arrow Lake за полцены

72 полёта над Марсом: как Ingenuity пережил зиму, сбои и собственную миссию

Обзор Intel Core Ultra 5 250K Plus, или Как Arrow Lake превратился в «топ за свои деньги»

Обзор Ryzen 9 9950X3D2: правильный 16-ядерник с 3D-кешем

Источник изображения: pixabay

Явление отрицательной ёмкости условно и проявляется только в сегнетоэлектриках. Под воздействием внешнего электрического поля кристаллическая структура сегнетоэлектриков меняет поляризацию, а также сохраняет внутри кристаллической решётки внутреннее электромагнитное поле даже после снятия внешнего воздействия. Это явление, в частности, используется для создания энергонезависимой памяти FeRAM (Ferroelectric Random Access Memory).

Группа учёных из Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли исследует транзисторные структуры с прослойкой из сегнетоэлектрика. Такой материал в качестве диэлектрика под затвором способен снижать управляющее напряжение за счёт привнесения отрицательной составляющей ёмкости в структуру диэлектрика (она частично компенсирует паразитную ёмкость материала), а также ведёт к накоплению энергии внутри транзистора, создавая что-то вроде встроенного суперконденсатора — автономного элемента питания в чипе.

В новой работе команда предложила использовать сегнетоэлектрик для повышения производительности высокочастотных мощных транзисторов из нитрида галлия. Речь идёт о транзисторах High-Electron-Mobility Transistor (HEMT) — полевых транзисторах с высокой подвижностью электронов. Они основаны на гетероструктурах, таких как GaAs/AlGaAs или GaN/AlGaN, где на границе двух материалов с разной шириной запрещённой зоны создаётся двумерный электронный газ (2DEG) с высокой подвижностью электронов. Это обеспечивает низкое сопротивление и высокую скорость переключения.

Производительность транзисторов HEMT, как и других полупроводниковых структур, ограничена законами физики и, в частности, так называемым пределом Шоттки. Он определяется компромиссом между толщиной изолятора, препятствующего утечкам тока в закрытом состоянии, и величиной тока в открытом состоянии, а также скоростью переключения между этими режимами. Отрицательная ёмкость, утверждают исследователи, позволяет преодолеть этот компромисс и обеспечить прирост производительности GaN-транзисторов. Было показано, что увеличение толщины диэлектрика из сегнетоэлектрика не снижает скорость переключения.

Сегнетоэлектрик в виде соединения оксида гафния и оксида циркония (HfO₂-ZrO₂ — сокращённо HZO) толщиной 1,8 нм был нанесён на рабочий слой транзистора под затвором. Кристаллическая структура HZO позволяет сохранять внутреннее электрическое поле даже при отсутствии внешнего напряжения. Когда на транзистор подавалось напряжение, внутреннее поле HZO ему противодействовало. В транзисторе это приводило к парадоксальному эффекту: снижение напряжения вызывало увеличение накопленного в HZO заряда. Такая отрицательная ёмкостная реакция эффективно усиливала управление затвором, способствуя накоплению заряда в двумерном электронном облаке транзистора и увеличивая ток в включённом состоянии. В то же время толщина диэлектрика HZO подавляла ток утечки при выключении устройства, что позволяло экономить энергию.

«Когда вы добавляете другой материал, толщина [затвора] должна увеличиться, а управление затвором – ухудшиться, — поясняют учёные. — Однако диэлектрик HZO, похоже, преодолевает предел Шоттки. Этого нельзя добиться обычными методами».

«Получение большего тока от устройства за счёт добавления изолятора – чрезвычайно ценно, — добавляют исследователи. — В других случаях без отрицательной ёмкости этого добиться невозможно».

Учёные провели эксперимент на макетном образце транзистора. Им ещё предстоит уменьшить его размеры и убедиться в работоспособности таких структур на меньшем масштабе. Пока они ищут заинтересованных партнёров, чтобы воспроизвести эксперимент в условиях массового производства транзисторов.

Постепенно учёные открывают новые квантовые материалы с перспективными свойствами, которые обещают привести к прорыву в микроэлектронике. Путь к этому лежит в обуздании фотонов — самых быстрых частиц в нашей Вселенной. Новая работа показала возможность с помощью света управлять состоянием электронной проводимости одного из таких материалов, что найдёт множество применений, включая невероятно быстрые процессоры для смартфонов и компьютеров.

Выбираем лучший игровой ноутбук до 100 000 рублей: сравнительное тестирование 7 интересных моделей

72 полёта над Марсом: как Ingenuity пережил зиму, сбои и собственную миссию

Обзор Ryzen 9 9950X3D2: правильный 16-ядерник с 3D-кешем

Обзор Intel Core Ultra 7 270K Plus — лучший Arrow Lake за полцены

Обзор Intel Core Ultra 5 250K Plus, или Как Arrow Lake превратился в «топ за свои деньги»

Ryzen и DDR5-6000 на чипах Samsung — G.Skill даёт добро

Источник изображения: Northeastern University

К открытию привела работа группы американских учёных, о которой они сообщили в журнале Nature Physics. За основу они взяли двумерный материал 1T-TaS₂ из семейства дихалькогенидов переходных металлов (TMDC), состоящий из тантала (Ta) и серы (S). Ранее это соединение демонстрировало возможность под воздействием света менять электронную проводимость от проводника до изолятора. Сегодня подобные элементы ключей (транзисторов) для переключения из открытого состояния в закрытое и обратно состоят из нескольких материалов, что делает процесс переключения транзистора условно многоэтапным и относительно медленным.

Управление с помощью фотонов транзистором, состоящим из всего лишь одного элемента — это предел мечтаний и, очевидно, быстрее этого не будет ничего на свете. Но была проблема. Материал 1T-TaS₂ демонстрировал свои интересные квантовые свойства всего лишь в течение нескольких секунд и только при криогенном охлаждении. Команда учёных во главе с исследователями из Северо-Восточного университета (Northeastern University) взялась буквально «закалить» материал и позволить ему проявлять эффект смены электронной проводимости при более высоких температурах.

В серии экспериментов учёные показали, что регулируя температуру материала заданным образом, удаётся сохранить его квантовые свойства без разрушения при температурах «имеющих практическую ценность». Также материал показал устойчивость в течение месяцев, а не секунд. Открытие не приведёт к появлению завтра или через год самых быстрых процессоров, однако это исследование приблизит момент появления нового поколения электроники, когда классические полупроводники полностью изживут себя в сфере наиболее производительных решений.

Мы едва успели привыкнуть к чиплетам — модульной компоновке процессоров и ускорителей, а учёные из США уже спешат сообщить об изобретении дайлетов (dielet) — ещё более крошечных полупроводниковых компонентов в чипах. Дайлеты станут своеобразными бустерами для чипов, повышая их силовые и частотные характеристики, недоступные обычному кремнию. По сути, это невероятно маленькие дискретные транзисторы из нитрида галлия, которые точечно устанавливаются на готовый чип.

Выбираем лучший игровой ноутбук до 100 000 рублей: сравнительное тестирование 7 интересных моделей

72 полёта над Марсом: как Ingenuity пережил зиму, сбои и собственную миссию

Ryzen и DDR5-6000 на чипах Samsung — G.Skill даёт добро

Обзор Intel Core Ultra 7 270K Plus — лучший Arrow Lake за полцены

Обзор Ryzen 9 9950X3D2: правильный 16-ядерник с 3D-кешем

Обзор Intel Core Ultra 5 250K Plus, или Как Arrow Lake превратился в «топ за свои деньги»

Источник изображения: MIT

Разработкой дайлетов занимались учёные под руководством специалистов из Массачусетского технологического института (MIT). Цель состояла в том, чтобы сэкономить на нитриде галлия (GaN) — втором по популярности после кремния полупроводнике. Однако он дорог, сложен для интеграции в КМОП-процесс, а его поставки контролирует Китай.

Лучший способ экономии — изготовить отдельные транзисторы из нитрида галлия и размещать их на кремниевых кристаллах лишь там, где это даст наибольший эффект. Дискретные транзисторы на интегральной схеме — идея настолько необычная, что даже интригующая. В MIT уверены: это позволит удешевить использование нитрида галлия, снизить тепловой бюджет чипа и обеспечить впечатляющий прирост как рабочих частот, так и энергетической эффективности.

Для реализации идеи был разработан инструментарий на базе 22-нм техпроцесса Intel. Во-первых, транзисторы были изготовлены максимально плотно на подложке из нитрида галлия. Размер каждого транзистора составил 240 × 410 мкм. Затем с помощью лазера транзисторы разрезали на отдельные элементы. Для монтажа на кристалл использовалась медь — в отличие от золота она позволяет сваривать детали при температуре ниже 400 °C, что обеспечивает щадящий режим для материалов будущего чипа.

В MIT также разработали инструмент для точного совмещения медных контактов на дискретных транзисторах с контактными площадками на чипе. Операция требует нанометровой точности. Устройство перемещает подложку с транзисторами над чипом, удерживая её вакуумом, и устанавливает транзисторы с помощью тепла и давления.

Поскольку в процессе использовалось стандартное оборудование Intel для выпуска 22-нм FinFET-транзисторов, в схему удалось добавить компенсационные конденсаторы, повышающие коэффициент усиления и стабильность работы. Тестовым образцом стал радиочастотный усилитель мощности площадью всего полквадратного миллиметра. Кремниевый чип с вкраплениями дайлетов продемонстрировал значительно лучшие характеристики по усилению сигнала, чем чисто кремниевые аналоги.

Учёные уверены, что это станет прорывом в области связи и силовой электроники. Однако технология пока ещё недостаточно зрелая для внедрения в коммерческие процессы.

Около шести лет назад бельгийский центр Imec представил совершенно новую архитектуру транзисторов — CFET (комплементарные FET). Она должна была помочь с производством транзисторов с нормами производства менее 2 нм. Особенностью архитектуры стали раздельные наностраничные каналы (forksheet). Но технология оказалась сложна для производства, поэтому в Imec создали видоизменённый промежуточный вариант будущей архитектуры, представленный на днях.

Обзор Intel Core Ultra 5 250K Plus, или Как Arrow Lake превратился в «топ за свои деньги»

Обзор Intel Core Ultra 7 270K Plus — лучший Arrow Lake за полцены

Обзор Ryzen 9 9950X3D2: правильный 16-ядерник с 3D-кешем

Выбираем лучший игровой ноутбук до 100 000 рублей: сравнительное тестирование 7 интересных моделей

72 полёта над Марсом: как Ingenuity пережил зиму, сбои и собственную миссию

Ryzen и DDR5-6000 на чипах Samsung — G.Skill даёт добро

Источник изображений: Imec

Суть архитектуры forksheet заключается в разделении диэлектрической перегородкой транзисторов n- и p-типа с общим круговым затвором (GAA). Перегородка или стена призвана минимизировать влияние соседних транзисторов друг на друга. В таком случае пару транзисторов с разной проводимостью можно изготовить на меньшей площади чипа, что, в итоге, приведёт к существенному снижению площади кристалла — до 20 %. Более того, Imec предложил располагать транзисторы друг над другом для реализации архитектуры CFET, что ещё сильнее уменьшило бы площадь чипов. Однако последующая работа над транзисторами с раздельными страницами показала, что идея с диэлектрической перегородкой крайне сложна при воплощении в производство.

Тончайшую перегородку из диэлектрика толщиной от 8 до 10 нм необходимо было изготавливать первой ещё до всех манипуляций с кристаллом и травлением транзисторов. Такие «издевательства» над собой выдержит далеко не каждый материал, что вело бы к высокому уровню брака. Тогда в Imec придумали гениальное решение — перегородки должны быть внешними. Они уже не отдаляли разнополярные транзисторы друг от друга, но они как бы изолировали пары транзисторов от соседних пар. Фактически это была изоляция транзисторов с одинаковой проводимостью.

Варианты внутренней и внешней диэлектрической перегородки

При таком техпроцессе перегородки изготавливались одними из последних на кристалле. Такое решение позволяло использовать известные материалы. За счёт более толстых стен могла незначительно пострадать площадь размещения пар транзисторов, но зато все остальные выгоды в виде увеличения скорости работы (токов) и снижения утечек сохранялись. Более тонкий переход между наностраницами и внешней стенкой позволял затвору охватывать увеличенную площадь ребра каждого наностраничного канала, что существенно улучшало контроль над токами в транзисторных каналах.

Наконец, финальное изготовление внешних стенок вокруг транзисторных каналов повышало механическую напряжённость в наностраницах (в каналах транзисторов). Термин «напряжённый кремний» знаком всем, кто как минимум четверть века в теме производства чипов. В таких условиях повышается проводимость электронов и дырок в полупроводнике, что ведёт к повышению общей производительности чипов.

Разработчики признают, что за счёт повышения толщины внешних изолирующих перегородок forksheet-транзисторов до 15 нм общая площадь чипа может оказаться несколько больше, чем в случае использования внутренних перегородок, но это небольшая и вынужденная жертва. Моделирование в CAD ячеек SRAM и генераторов с использованием транзисторов с раздельными наностраницами и внешними перегородками показало, что в ячейках статической памяти новая схема для техпроцесса A10 (10 ангстрем) позволила сократить площадь на 22 % по сравнению с нанолистами A14 без изоляции за счёт более плотной упаковки однотипных устройств и уменьшения шага затворов.

Для схемы генератора под полной нагрузкой новая компоновка соответствует или превосходит производительность генераторов для техпроцессов A14 и 2 нм. Без нагрузки ток питания снижается примерно на 33 % (снижение утечек).

Опыт производства транзисторов с раздельными наностраницами будет иметь большое значение для разработки CFET, поскольку многие этапы процесса, материалы и концепции проектирования будут пересекаться. В forksheet-транзисторах устройства p-типа и n-типа располагаются рядом друг с другом. В отличие от них, в CFET нового поколения два разных типа транзисторов будут располагаться вертикально, хотя базовые технологии останутся прежними. Но это история середины 30-х годов, к которой мы ещё не раз вернёмся в будущем.