MosFET/FinFET/GAFET ——鳍式晶体管还能走多远

2024-05-22 23:35:11

MosFET/FinFET/GAFET ——鳍式晶体管还能走多远

之前的文章介绍了一下关于芯片7nm/5nm/2nm制程。
以及有关光刻机的相关文章。

先进工艺下使用的FET大多为finFET。

目前广泛使用的FET（场效应晶体管）分为mosFET和finFET，finFET又可成为鳍式晶体管或者3D晶体管，mosFET可称为平面晶体管。

在网上找了一张mosFET和finFET的示意图，以此说明两者的区别。

上图第一行为平面式mosFET，第二行为finFET，外状酷似鱼鳍。
下面主要分四部分介绍：
1.mosFET管工作原理
2.finFET工作原理
3.mosFET和finFET的优缺点
4.finFET发展前景

1、mosFET工作原理

从网上找了一张P衬底N阱工艺 mosFET原理图。

Q1：mosFET有几个端点？
mosFET有四个端点，分别为源极（S），漏极（D）,栅极（G），衬底（B）。

Q2：mosFET的S和D有区别吗？
在不加电压的情况呀，S和D是不做区分的。

Q3：mosFET工作过程？
首先在栅极施加控制电压，也就是上图中VGS>0，排斥P衬底中的多数载流子——空穴，在栅极下留下少数载流子——电子，这一过程是形成通路的前提条件。

其次施加电压VDS>0，D端吸引电子，形成电流，电路导通。如图所示，D端相比S端的耗尽区会更深，因为D端相比S端具有更大的电压。

2.finFET工作原理

上图是典型的finFET结构，黄色的部分为SIO2，相比较于mosFET把S和D变成3D结构，相对应的G端3面控制沟道的产生。

finFET于1999年诞生于加州大学，这一项想法主要为突破芯片25nm进程，解决mosFET由于制程缩小伴随的隧穿效应。

3.mosFET和finFET优缺点
①finFET有源区一般为轻掺杂，大大减小了粒子的散射作用，载流子迁移率大大提高，开关速度增加。
②finFET增加了栅极对沟道的控制面积，抑制短沟道效应，减小了亚阈值泄漏电流，并且随着fin厚度的减小，控制能力不断加强。
③由于对短沟道效应有着很强的抑制，对沟道有着很强的控制，因而可以更厚的栅氧化层（SiO2），减小栅泄露电流。
④由于更强的栅控能力，进一步缩短栅长，减小mos管面积。

4.finFET发展前景

为了使finFET具有更小的体积，更大的集成度，会不断发展成如右图所示的圆柱形，但基于目前的光刻硅片工艺，在短阶段实现这一结构不太现实。

ISSCC前段时间，刊登了一篇来自SamSUNG的一篇GaFET结构，并且此结构声称已经用于SamSUNG的3nm制程。

正如上图所示，G端四面环绕控制薄鳍。

一代代先进工艺的产生，推动摩尔定律一直前行。

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