IBM revela o segredo dos VTFETs verticais

Na segunda-feira passada, a IBM e a Samsung revelaram o VTFET vertical, que é anunciado como um avanço na fabricação de semicondutores. Graças à transição para transistores verticais, será possível dobrar o desempenho dos circuitos ou reduzir seu consumo em 85%. Mas o mais importante, os transistores VTFET aumentarão a densidade dos elementos no chip e prolongarão o efeito da lei de Moore. A IBM explicou como isso funcionará.

O VTFET é mostrado à esquerda, à direita é um FinFET convencional. Fonte da imagem: IBM

Transistores FinFET modernos e até mesmo GAAFETs promissores com cobertura de canal circular mantiveram uma característica comum e importante na estrutura, que apareceu quando os transistores planares estavam sendo fabricados. Os canais dos transistores, assim como seus drenos e fontes, foram localizados, estão localizados e serão localizados na espessura do cristal no plano horizontal (para transistores GAAFET, canais em forma de folha elevados acima do nível do cristal serão adicionados , mas isso não muda a essência). A consequência mais importante de tal estrutura é que os transistores devem ser mantidos afastados uns dos outros ou isolá-los no caso de um arranjo suficientemente próximo. Em qualquer caso, existe um limite de compactação, abaixo do qual é simplesmente impossível pisar.

Uma breve história dos transistores apresentados pela Samsung. Fonte da imagem: Samsung

A IBM e a Samsung criaram uma solução de engenharia simples. Eles espalharam o dreno e a fonte do transistor em diferentes níveis de altura – eles colocaram um sob o outro. Assim, o canal do transistor mudou a orientação física e a direção da transferência de corrente de horizontal para vertical. A orientação vertical do canal e a colocação de drenos e fontes multinível permitiram aumentar as correntes através do transistor e otimizar o isolamento em circuito, em particular, para reduzir as correntes de fuga.

Elementos alternados do transistor no chip FinFET com isoladores de separação. Fonte da imagem: IBM

Com a disposição vertical do canal, você também pode variar seu comprimento e seção transversal, criando transistores com as características desejadas. Ao mesmo tempo, não retiramos o espaço precioso do cristal e não sacrificamos a densidade da colocação dos elementos nele. Para as portas dos transistores verticais (na primeira imagem, a porta é destacada em azul), também há espaço para a geometria e a corrente, o que também amplia a escolha de características tanto em termos de desempenho quanto de consumo.

Transistores alternados com disposição vertical dos elementos. Fonte da imagem: IBM

Em um pedaço de silício do tamanho de uma unha, a IBM promete colocar até 50 bilhões de transistores verticais, o que continua sendo um sonho para processos tecnológicos modernos e processos tecnológicos do futuro próximo.

Você dirá que este é um verdadeiro avanço. E lembramos que, há três anos, os engenheiros do centro de pesquisa belga Imec fizeram uma verdadeira descoberta. Eles propuseram e testaram o processo de fabricação vertical para um par complementar direto de transistores. No contexto da proposta belga, o VTFET parece uma solução extremamente simples e modesta. No entanto, uma solução simples é mais fácil de colocar em prática e implementar na produção em massa. Em qualquer caso, a tendência é óbvia – os eletrônicos estão crescendo, não em amplitude.

Estrutura complementar de dois transistores proposta por Imec. Fonte da imagem: Imec