Các bóng bán dẫn GAAFET và vật liệu 2D cho công nghệ dưới 3 nm: hiệu năng, thách thức chế tạo và chiến lược tích hợp
Tóm tắt
Bài báo này nghiên cứu quá trình chuyển đổi từ FinFETs sang Transistor Bao Quanh Cổng (Gate-All-Around Field-Effect Transistors - GAAFETs) như một bước tiến chiến lược cho các nút công nghệ CMOS vượt ngưỡng 3 nm, với trọng tâm là các cải tiến hiệu suất, thách thức chế tạo và chiến lược tích hợp. Chúng tôi thực hiện phân tích so sánh các kiến trúc transistor tiên tiến – bao gồm FinFET 3 nm của TSMC, GAAFET dạng tấm nano 3 nm của Samsung (MBCFET™), và RibbonFET 20A sắp ra mắt của Intel – nhằm làm nổi bật khả năng điều khiển điện trường và dòng dẫn vượt trội của GAAFETs. Vai trò của các vật liệu tiên tiến như SiGe, các hợp chất III–V, và chất bán dẫn hai chiều (ví dụ: MoS₂ đơn lớp và WSe₂) được phân tích trong bối cảnh mở rộng khả năng thu nhỏ xuống dưới 1 nm, đặc biệt là với khả năng giảm thiểu hiệu ứng kênh ngắn. Chúng tôi cũng xem xét các thách thức chế tạo chính liên quan đến công nghệ dưới 3 nm, bao gồm giới hạn của quang khắc EUV, nhu cầu kiểm soát quy trình ở cấp nguyên tử và chi phí sản xuất leo thang. Bên cạnh đó, các kỹ thuật tích hợp dị thể như thiết kế chiplet và xếp chồng 3D được đề xuất như những cách tiếp cận bổ sung để duy trì xu hướng cải thiện hiệu suất. Cuối cùng, chúng tôi thảo luận về các kiến trúc thiết bị sau GAAFET đầy triển vọng – bao gồm CFETs (Transistor bổ sung) và VTFETs (Transistor truyền dọc) – nhấn mạnh nhu cầu đổi mới liên ngành để duy trì quỹ đạo của định luật Moore. Những kết quả thu được cung cấp một góc nhìn toàn diện về việc thu nhỏ thiết bị bán dẫn trong thời đại “<3 nm”, với sự cân bằng giữa hiệu suất, hiệu quả năng lượng và khả năng sản xuất.
