世界首款高能低耗3-D晶體管進入生產技術階段

英特爾公司宣布在晶體管發展上取得了革命性的重大突破。英特爾將推出被稱為三柵極 (Tri-Gate)的革命性3-D晶體管設計，并將批量投產研發代號為Ivy Bridge的22 nm英特爾芯片。

50多年來，2-D晶體管不僅一直在計算機、手機、消費電子產品中得到了廣泛的應用，還用于汽車、航空、家用電器、醫療設備以及數千種日用設備的電子控制中。這款3-D三柵極晶體管代表著從2-D平面晶體管結構的根本性轉變。

這一革命性成果，其關鍵在于英特爾能夠把全新的3-D三柵極晶體管設計投入批量生產，開啟了摩爾定律的又一個新時代，并且為各種類型的設備的下一代創新打開了大門。

自從1947年晶體管問世以來，晶體管技術飛速發展。摩爾定律這樣預測了硅技術的發展步伐：晶體管密度大約每兩年便會增加1倍，同時其功能和性能將提高，而成本則會降低。40多年以來，摩爾定律已經成為半導體行業的基本商業模式。

據了解，英特爾于2003年推出應變硅，之后于2007年又推出高-k金屬柵極。現在，英特爾將為晶體管設計帶來另外一項革命——這將在各種計算設備(從服務器到臺式機，從筆記本電腦到手持式設備)中實現前所未有的高性能和能效。

a)實現前所未有的能耗節省和性能提升

英特爾的3-D三柵極晶體管使芯片能夠在更低的電壓下運行，并進一步減少漏電量，與之前最先進的晶體管相比，它能提供前所未有的更高性能和能效。這些能力讓芯片設計師可以根據應用的需求來靈活地選用低能耗或高性能晶體管。

與之前的32 nm平面晶體管相比，22 nm3-D三柵極晶體管在低電壓下將性能提高了37%。這一驚人的改進意味著它們將是小型手持設備的理想選擇，這種設備要求晶體管在運行時只用較少的電力進行 “開關”操作。全新的晶體管只需消耗不到一半的電量，就能達到與32 nm芯片中2-D平面晶體管一樣的性能。

英特爾高級院士馬博 (Mark Bohr)表示： “英特爾獨一無二的3-D三柵極晶體管實現了前所未有的性能提升和能耗節省。這一里程碑的意義要比單純跟上摩爾定律的步伐更為深遠。低電壓和低電量的好處，遠遠超過我們通常從一代制程升級到下一代制程時所得到的好處。它將讓產品設計師能夠靈活地將現有的設備創新得更智能，并且有可能開發出全新的產品。我們相信這一突破將進一步擴大英特爾在半導體行業的領先優勢。”

b)繼續創新步伐——摩爾定律

根據以英特爾聯合創始人戈登·摩爾命名的摩爾定律，晶體管將變得越來越小、越來越便宜，并且能效越來越高。正因為如此，英特爾一直堅持推動創新和集成，為每個芯片添加更多功能和計算內核，從而提高性能，并降低單個晶體管的制造成本。

要在22 nm制程時代延續摩爾定律，這是一項異常復雜的技術。英特爾的科學家們在2002年發明了三柵極晶體管——這是根據柵極有三面而取名的。得益于英特爾高度協同的研究-開發-制造技術的集成作業，本次宣布的技術突破是多年研發的成果，也標志著這項成果開始進入批量生產階段。

3-D三柵極晶體管實現晶體管的革命性突破。傳統“扁平的”2-D平面柵極被超級纖薄的、從硅基體垂直豎起的3-D硅鰭狀物所代替。電流控制是通過在鰭狀物三面的每一面安裝一個柵極而實現的 (兩側和頂部各有一個柵極)，而不是像2-D平面晶體管那樣，只在頂部有一個柵極。更多控制可以使晶體管在 “開”的狀態下讓盡可能多的電流通過 (高性能)，而在 “關”的狀態下盡可能讓電流接近零(低能耗)，同時還能在兩種狀態之間迅速切換。

就像摩天大樓通過向天空發展而使得城市規劃者優化可用空間一樣，英特爾的3-D三柵極晶體管結構提供了一種管理晶體管密度的方式。由于這些鰭狀物本身是垂直的，晶體管也能更緊密地封裝起來——這是摩爾定律追求的技術和經濟效益的關鍵點所在。未來，設計師還可以不斷增加鰭狀物的高度，從而獲得更高的性能和能效。

摩爾指出： “在多年的探索中，我們已經看到晶體管尺寸縮小所面臨的極限，今天這種在基本結構層面上的改變，是一種革命性的真正突破，它能夠讓摩爾定律以及創新的歷史步伐繼續保持活力。”