Mellékleteink: HUP | Gamekapocs
Keres

Az IBM is magas k-együtthatójú dielektrikumot és fém kapuoxidot vezet be

Bodnár Ádám, 2008. április 15. 14:19
Ez a cikk több évvel ezelőtt születetett, ezért előfordulhat, hogy a tartalma már elavult.
Frissebb anyagokat találhatsz a keresőnk segítségével:

Az IBM vezette (egyik) félvezetőipari technológiai szövetség, amelynek tagja a Chartered Semiconductor, a Freescale, az Infineon, a Samsung, az STMicroelectronics és Toshiba, magas k együtthatójú dielektrikumot és fémből készült kapuelektródát alkalmaz majd a 32 nanométeres gyártástechológiájában, melyet alacsony feszültségű áramkörök gyártására optimalizáltak.

[HWSW] Az IBM vezette (egyik) félvezetőipari technológiai szövetség, amelynek tagja a Chartered Semiconductor, a Freescale, az Infineon, a Samsung, az STMicroelectronics és Toshiba, magas k együtthatójú dielektrikumot és fémből készült kapuelektródát alkalmaz majd a 32 nanométeres gyártástechológiájában, melyet alacsony feszültségű áramkörök gyártására optimalizáltak.

A szivárgás probléma

Az újítások segítségével tovább növelhető a chipeket felépítő tranzisztorok teljesítménye, miközben csökkenhet a szivárgási áram, amely ma a félvezetőipar egyik legnagyobb, egyre növekvő problémája. A szivárgás a félvezetők lezárt átmenetén létrejövő jelenség, amely szabad elektronok és lyukak kombinációjából származik és nanoamper nagyságrendű. A processzorok fogyasztása a működési feszültség csökkentésével mérsékelhető, azonban ahogy a tranzisztorok nyitófeszültsége (az a feszültségszint, amikor a tranzisztor "bekapcsol") tart a 0 Volthoz, a szivárgási áram nő -- egyre könnyebben szabadulnak el az elektronok.

Az áramkör bonyolultságával, a tranzisztorszám növekedésével arányosan növekedő szivárgás egy modern processzor esetén akár a teljes fogyasztás negyedét-hatodát is adhatja -- sőt a Power6 esetében a 40 százalékot is. A modern félvezetőgyártási technológiákban a miniatürizáció ma már olyan szintre jutott, hogy a tranzisztorok hagyományosan szilícium-dioxidból készített szigetelőrétege csupán pár atom vékonyságúra zsugorodott, elérve a fizikai korlátait -- ennél vékonyabb réteg gyakorlatilag már nem szigetelne, hanem vezetné az áramot.

A k-együttható egy anyag relatív permittivitását, vagy másképp dielektromos állandóját mutatja meg, amely az elektromos térben bekövetkezõ polarizáció (töltésszétválás) mértéke. Azokat az anyagokat nevezik nagy k-együtthatójúnak, amelyek a szilícium-dioxidnál magasabb, azaz 3,9-nél több a k-együtthatója. A dielektrikumok esetében kezdetben a minél alacsonyabb k-együttható elérése volt a cél, vagyis hogy minél jobb szigetelőket találjanak, ahogyan a kisebb geometriájú gyártástechnológiák bevezetésével vékonyodott a kapuszigetelő réteg.

Alacsony helyett magas k-együttható

A struktúrák vékonyodásával fellépő szivárgási áram azonban egy miniatürizációs szint után elviselhetetlenné válna (az Intel 65 nanométeres csíkszélességű eljárásán szigetelő kapuoxid már csak 1,2 nanométer, néhány atomi réteg vékony), ezért a vállalatok, az Intellel az élen, megváltoztatták stratégiájukat a későbbi technológiáknál: kevésbé jó szigetelőanyagokat alkalmaznak nagyobb vastagságban, amivel megőrizhető a tranzisztor teljesítménye, miközben a kapuszivárgási áram nagy részét sikerrel lehet elfojtani a vastagabb anyaggal. Az Intel szerint a magas k-együtthatójú szigetelő anyagok és fémalapú vezetők bevezetésével hosszú távon is megoldódott a szivárgási áram problematikája, vagyis ez már nem jelenti gátját a további fejlesztéseknek.

Az IBM által vezetett szövetség most az Intelhez hasonlóan egy nagy k-együtthatójú anyaggal helyettesítette a szilícium-dioxidot, de hogy pontosan mivel, azt nem árulták el -- a korábbi hírek alapján az Intelhez hasonlóan ők is egy hafnium-alapú anyagot alkalmaznak. Az új eljárásnak köszönhetően nagyobb teljesítményű lapkák építhetők, mégis alacsonyabb lehet a fogyasztásuk. A félvezetőipari szövetség tagjai által elvégzett tesztek alapján a 32 nanométeres chipek akár 35 százalékkal gyorsabbak lehetnek a 45 nanométeres generációnál, miközben a feszültségtől függően a fogyasztás akár 30-50 százalékkal is csökkenhet. Az IBM közleménye alapján az újításokat a 22 nanométeres gyártástechnológiában is alkalmazni lehet majd.

Az Intel már használja

Az Intel már a jelenlegi, 45 nanométeres chipgeneráció előállításához is magas k-együtthatójú dielektrikumot és fémből készült kapuoxidot használ. Jelentős eltérés az Intel és az IBM által vezetett technológiai szövetség által használt eljárás között, hogy az Intel nagyteljesítményű chipeket is képes így gyártani, míg az IBM által most újdonságként bejelentett technológia csak a kimondottan alacsony feszültségű alkatrészekhez használható, amelyek jellemzően kommunikációs lapkák, nem pedig komplex, nagyteljesítményű processzorok.