什么是FinFET？鰭式場效應(yīng)晶體管有哪些優(yōu)缺點？

FinFET是一種晶體管設(shè)計工藝，它試圖克服晶體管遇到的最糟糕類型的短溝道效應(yīng)，同時使芯片能夠以更低的成本實現(xiàn)更高的性能指標(biāo)。

自從半導(dǎo)體取得突破以來，縱觀集成電路設(shè)計的歷史，摩爾定律——即一塊硅上的晶體管數(shù)量每兩年翻一番，而且將一直保持不變。

隨著代工廠開發(fā)越來越先進(jìn)的工藝節(jié)點以滿足消費者的需求，當(dāng)今先進(jìn)處理器上的晶體管數(shù)量達(dá)到數(shù)百億。這與1970年代中期只有幾千個晶體管的處理器相去甚遠(yuǎn)，這在當(dāng)時是最先進(jìn)的。

推動半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展并使今天的芯片成為可能的關(guān)鍵技術(shù)趨勢之一是采用FinFET工藝。工程師介紹，另一種有前途的技術(shù)是環(huán)柵（GAA）晶體管。這提供了柵極和溝道之間最顯著的電容耦合。GAAfinFET的問題在于它只是一個臨時解決方案。它可能只持續(xù)幾十年。然而，它很可能成為FinFET的未來替代品，至少在有人提出全新的晶體管架構(gòu)之前是這樣。

一、什么是FinFET？

與傳統(tǒng)的二維平面晶體管相比，F(xiàn)inFET（鰭式場效應(yīng)晶體管）是一種具有高架溝道（fin）的三維晶體管，柵極環(huán)繞該溝道。

臺積電于2002年12月演示了第一個僅在0.7伏電壓下工作的25納米FinFET晶體管。然而，直到2012年，第一個商用22nmFinFET面世，隨后對FinFET架構(gòu)的改進(jìn)使得在提高性能和減少面積方面取得了長足的進(jìn)步。

由于其結(jié)構(gòu)，F(xiàn)inFET產(chǎn)生較低的泄漏功率并實現(xiàn)更高的器件密度。它們還可以在較低電壓下運行并提供高驅(qū)動電流。所有這些加在一起意味著可以在更小的區(qū)域內(nèi)集成更多的性能，從而降低每單位性能的成本。

二、FinFET與平面晶體管（例如，MOSFET）

出于多種原因，設(shè)計人員選擇使用FinFET器件而不是傳統(tǒng)的平面晶體管（如MOSFET）。

增加計算能力意味著增加計算密度。當(dāng)然需要更多的晶體管來實現(xiàn)這一點，這會導(dǎo)致更大的芯片。然而，出于實際原因，保持面積大致相同很重要。

獲得更多計算能力的一種方法是縮小晶體管的尺寸，但隨著晶體管尺寸的減小，漏極和源極之間的距離會縮小柵極控制溝道區(qū)電流的能力。因此，平面MOSFET會受到短溝道效應(yīng)的影響。

簡而言之，與傳統(tǒng)平面MOSFET技術(shù)相比，F(xiàn)inFET器件表現(xiàn)出卓越的短溝道行為、更短的開關(guān)時間和更高的電流密度。

三、FinFET的優(yōu)缺點

與其他晶體管技術(shù)相比，F(xiàn)inFET具有幾個關(guān)鍵優(yōu)勢，使其非常適用于需要更高功率和性能的應(yīng)用：

（1）更好的渠道控制；

（2）抑制短通道效應(yīng)；

（3）更快的切換速度；

（4）更高的漏極電流；

（5）較低的開關(guān)電壓；

（6）更低的功耗。

當(dāng)然，也有缺點。它們的一些缺點包括：

（1）電壓閾值難以控制；

（2）三維輪廓導(dǎo)致更高的寄生效應(yīng)；

（3）非常高的電容；

（4）造價高。