12月5日消息，從面晶體管這個詞大家應該都不陌生，接觸晶體進化是到面懂一種微型電子開關，可以說是環繞計算機芯片運作的基石。

典型的從面晶體管主要由三部分組成：

－ 柵極（gate）：相當于開關的把手，通過施加電壓實現對電流的接觸晶體進化控制。

－ 溝道（channel）：指的到面懂是電流的通道。

－ 源極（source）和漏極（drain）：分別是環繞電流的入口和出口。

而晶體管架構，從面指的接觸晶體進化是設計晶體管的方式，主要是到面懂柵極、溝道、環繞源極、從面漏極的接觸晶體進化幾何布局。

再引入另一個名詞，到面懂MOSFET，全名金屬氧化物半導體場效應晶體管，是目前數字電路中主流的晶體管架構。

在MOSFET晶體管中，柵極和溝道之間被氧化層（oxide layer）完全隔離開來。

一方面，氧化層阻止了電流直接從柵極流向溝道，強化了對電流的控制，避免漏電。

另一方面，當施加電壓時，由于電容效應，柵極上的電荷會在氧化層下方產生一個電場，“間接”驅動晶體管中的電流流動。

在以前，制造氧化層的主要材料是二氧化硅。

2007年，Intel率先在45nm工藝的商業化產品中使用了高K材料，也就是HKMG——高K金屬柵極，顯著提升了柵極電容，并改善了漏電，實現了晶體管性能的提升。

這里的“K”指的是介電常數，即衡量一種絕緣材料在電場中儲存電能能力的比例系數。

MOSFET之外還有其它多種晶體管架構，例如BJT（雙極性結型晶體管）、HEMT（高電子遷移率晶體管）、MESFET（金屬半導體場效應晶體管）等。

MOSFET是數字電路的主流，而其他架構的產品主要應用于射頻電路、功率電子、高速模擬等特定領域。

傳統的MOSFET架構都是平面型，所有組件都在一個水平面上，柵極只能覆蓋溝道頂部。

這就出現了短溝道效應（SCE），指的是晶體管溝道長度非常短時，在柵極電場之外，源/漏極電場對溝道的影響增強，造成閾值電壓下降、反偏效應增強等現象，進而導致漏電和性能不穩定等后果。

隨著晶體管尺寸越來越小，平面MOSFET中的短溝道效應已經無法克服。

2010年代初期，Intel 22nm工藝上率先實現了FinFET晶體管架構的商業化。

FinFET晶體管中，溝道水平排列，柵極三面環繞，看起來很像魚鰭，因此叫作“鰭式場效應晶體管”。

FinFET通過強化柵極對溝道的“包圍”，芯片制程從20+nm微縮到3nm的過程中，有效克服了性能和功耗等方面的挑戰。

如今，隨著工藝制程邁向2nm級別，FinFET在控制短溝道效應和提升性能方面也捉襟見肘。

為此，產業界紛紛轉向了控制能力更強的全環繞柵極（GAA）架構，比如Intel 18A工藝首次使用的RibbonFET。

RibbonFET將溝道垂直堆疊，柵極“四面”環繞溝道，將其完全包圍，從而讓它對電流的控制力更強、更穩定、更均勻，不易受到源極和漏極電壓波動的干擾。

另一方面，當溝道寬度變大時，晶體管的導電能力會增強，能夠驅動更強的電流。

在FinFET中，如果要加寬溝道，就必須讓晶體管變得更高，而對RibbonFET來說，因為溝道是水平的，在一定限度內，加寬溝道并不需要增加晶體管的體積。

換言之，RibbonFET架構的晶體管，能夠用更小的體積實現相同的性能。

在芯片層面，這意味著芯片標準單元的高度更低，面積更小，能夠在同樣的空間內集成更多的晶體管，從而實現設備整體性能的提升。

Intel 18A工藝還有PowerVia背部供電技術，已經投入量產，首款產品Panther Lake即將發布！

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