По сообщению китайского издания South China Morning Post, группа китайских исследователей из Института микроэлектроники китайской академии наук разработала транзистор, который можно будет выпускать в рамках 3-нм техпроцесса. В отличие от 3-нм структуры транзистора компании Samsung, предполагающей переход на полностью окружённые затворами каналы в виде наностраниц, «китайский» 3-нм транзистор выполнен в виде каналов из вертикальных FinFET-рёбер, окружённых затворами только с трёх сторон. Другое отличие китайской разработки заключается в материале, из которого изготавливается транзистор. Это ферроэлектрник, и в этом суть изобретения. Кстати, на него уже выдан патент.
Эволюция транзисторов (Samsung)
Проблема при изготовлении 3-нм транзистора даже не в том, что его размеры становятся слишком маленькими (сравнимыми, например, с нитью ДНК). Препятствием для уменьшения размера транзистора является так называемая больцмановская тирания (Boltzmann Tyranny). Это фундаментальное ограничение, которое сопровождается снижением рассеивания мощности в процессе работы электронного прибора. Попросту говоря, после определённого уменьшения размера транзистора он перестаёт рассеивать рабочее тепло и, следовательно, сгорает. Чтобы этого не произошло, необходимо снижать питание, но ниже порогового значения опуститься нельзя. Это противоречит физике процессов в полупроводниках. И тогда на помощь приходят ферроэлектрики. Точнее, такое теоретически известное и парадоксальное явление в ферроэлектриках, как отрицательная ёмкость.
Устойчивый отрицательный конденсатор впервые представлен физически всего лишь два неполных месяца назад. Но это явление предсказывалось давно и даже воспроизводилось экспериментально, но с соблюдением строго заданных условий. Суть явления в том, что по мере роста напряжения ёмкость не увеличивается, а уменьшается. Это позволит снизить напряжение питания ниже порогового значения. Китайские разработчики сумели воплотить эффект отрицательной ёмкости в конструкции 3-нм транзистора. Если верить поставленным экспериментам, напряжение питания транзисторов удалось снизить в два раза по сравнению с теоретическим минимумом.
На следующем этапе китайские учёные намерены создать техпроцессы для коммерческого внедрения разработки. Однако они соглашаются, что на это уйдёт несколько лет. Для поощрения процесса китайские власти готовы освободить компании, желающие заняться внедрением разработки, от уплаты налога сроком на 5 лет. Если всё получится, Китай сократит отставание от мировых лидеров по производству полупроводников.