AMD領先英特爾發表工作頻率3.4THz的電晶體 (轉)

AMD領先英特爾發表工作頻率3.4THz的電晶體 (轉)[@more@]

美國公司日前成功地開發出世界上最快的MOS電晶體，從而超越了美國英特爾公司。這就是AMD公司於2001年12月的“2001 International Electron Device Meeting（2001 IEDM）”發表的工作頻率為3.4THz的電晶體。此前的最高記錄是英特爾在2001 IEDM的前一週發表的工作頻率為2.63THz的電晶體。按照ITRS（國際半導體技術指標）的規劃，這一級別的技術將在2010年達到實用水平，不過AMD公司並未宣佈此次發表的工作頻率3.4THz的電晶體何時進入實用階段。

 
競爭日益激烈的電晶體開發

　　AMD與英特爾雖然在面向個人的微領域展開了提高的競爭，但此前在電晶體及電路的研究開發方面AMD始終落後於英特爾。僅從學會發表方面來看，英特爾不只領先AMD，而且也遙遙領先於眾多半導體廠家高居首位。但是，AMD在產品開發領域則一直與英特爾公司旗鼓相當。領先英特爾首先推出工作頻率為1GHz的MPU等就是很好的例子。AMD在電晶體效能競爭中超越了英特爾還是首次。

 
電晶體柵極長度低於20nm的效能比較

　　AMD在近半年迅速提高了電晶體的效能。從作為決定電晶體效能的柵極長度來看，在2001年6月，AMD開發的電晶體為35nm，是英特爾的近2倍。但是，僅在半年之後便縮小到了與英特爾相同的15nm。在柵極長度突破50nm的電晶體中，基本上都是以數nm的速度推進微細加工工藝，但是象AMD公司這樣一下子將柵極長度縮減到一半以下的實在是令人震驚。

　　對於兩家公司的電晶體開發之爭，也有一種冷淡的看法：“不過是對各自的MPU進行宣傳的一環”（某知名半導體制造商的CMOS技術人員）。但是，其他的半導體制造商卻難以袖手旁觀。因為在兩家公司激烈競爭中，他們必須進一步加快電晶體的開發，也就是加快電晶體的微細加工速度。如果不積極參與競爭，就會失去未來的市場。

執行速度合格，其他方面不合格

 
相同的柵極長度效能也是大有差別

　　截止2001 IEDM結束，共有三家公司發表了柵極長度不足20nm的MOS電晶體。他們分別為試製出柵極長度為15nm電晶體的AMD和英特爾以及試製出柵極長度為16nm電晶體的意法合資公司STMicroelectronics。從試製品的電氣特性來看，各公司之間具有不小的差異。引人注目的是除了工作頻率以外，AMD試製的電晶體效能在作為指標的漏極電流方面均勝出一籌。

　　AMD開發的電晶體的特點是在柵極絕緣膜中採用了SiON與Si3N4的疊層薄膜。與現有產品使用的SiO2相比，比介電率高，是所謂的high-K材料。雖然疊層薄膜的厚度為1.4nm，但如果換算成SiO2就相當於0.8nm。而英特爾使用的則是比介電率更高的ZrO2，並且未公佈換算成SiO2的厚度。由於漏極電流是AMD試製品的2/3左右，因此估計SiO2換算後薄膜的厚度可能要比AMD公司的試製品厚一些。

　　僅就三家公司的發表來看，可以說三家公司均首先把力量集中到了提高執行速度的方面。與ITRS規劃對照來看，即使是AMD公司的試製品也只滿足了工作頻率的要求值，其它效能均沒有達到所要求的值。尤其是在顯示驅動能力的漏極電流上，試製品與規劃的要求差距非常大。而且，還有一個問題就是電晶體的電源電壓高出了規劃要求值的+0.6V，為+0.8V。如果電源電壓為+0.6V，那麼唯一合格的工作頻率也不能滿足要求值。正如AMD公司Technology Research Strategic Technology Group Senior Member of Technical Staff的Bin Yu所說：需要一種比介電率更高的high-K材料，“為了在+0.6V中執行，必須積極地採用新材料。更為重要的是提高門容量的技術”。

　　柵極絕緣膜成了阻礙提高柵極長度為15nm的電晶體效能的瓶頸。“雖然需要high-K材料，但到目前尚不能確定合適的材料”（某大型半導體廠家的技術人員）。採用ZrO2的英特爾公司也透露“（目前所使用的ZrO2也）只不過是兩三種候選材料之一”（英特爾公司Logic Technology Development Components Research Director of Transistor Research、 Fellow Robert S.Chau）。

微細加工是否已達極限？

 
看好雙柵極構造

　　今後，微細加工在15nm以下每進展一步，確保漏極電流就會變得更為困難。同時high-K材料的支援也將面臨極限。正因為如此，迅速走紅的技術便是具備雙柵極結構的MOS電晶體（圖3）。這是一項此前就被人們所熟知的技術，在2001 IEDM上，美國IBM等公司相繼發表了這方面的研究成果。

　　根據IEDM 2001舉辦的討論柵極長度為10nm電晶體技術（預定於2015年達到實用水平）的分組討論會上與會者的意見統計結果來看，認為必須使用雙柵極結構的研究人員佔了大多數。（