При формировании транзисторов на кристалле микросхем стал использоваться гафний
Intel
Серьёзным барьером на пути миниатюризации транзисторов является утечка электрического тока при работе транзистора. Чем меньше транзистор - тем больше ток утечки, и, следовательно, выше тепловыделение.
 
"Постоянное стремление к миниатюризации КМОП (CMOS)-транзисторов напоминает подъём на все более крутую гору. "Вершины" впереди едва различимы, а невероятные сложности в процессе интеграции новых материалов и структур заставляют многих "восходителей" терять уверенность в себе, - писала EE Times в редакционной статье еще в сентябре 2003 года. - Сегодня ни у кого не вызывает сомнений тот факт, что КМОП (CMOS)-транзисторы должны меняться, причем очень быстро. На компьютерном рынке происходит нечто похожее на естественный отбор, открытый Дарвиным в мире живой природы: выживают лишь те компании, которые выберут для создания своих продуктов верные материалы и схемы интеграции. У других будет два пути: либо погибнуть, либо слиться с победителями".

Как известно, все полевые транзисторы содержат специальный изолирующий слой - тонкую диэлектрическую пленку под затвором, т.е. электродом, управляющим "включением" и "выключением" транзистора. Свойства диэлектрика затвора оказывают решающее влияние на работу транзистора. Последние 40 лет в качестве основного материала для диэлектрика затвора использовался диоксид кремния (SiO2), что было обусловлено его технологичностью и возможностью систематического улучшения характеристик транзисторов по мере уменьшения их размеров. На сегодняшний день в транзисторах, производящихся корпорацией Intel, толщина слоя диэлектрика затвора из диоксида кремния составляет всего 1,2 нанометра - то есть, сопоставима с пятью атомарными слоями! Фактически, это уже близко к физическому пределу для данного материала, поскольку в результате дальнейшего уменьшения самого транзистора и, как следствие, утоньшения слоя диоксида кремния, ток утечки через диэлектрик затвора значительно возрастает, что приводит к существенным потерям тока и избыточному тепловыделению. По сути дела, слой из диоксида кремния перестаёт быть препятствием для свободного дрейфа электронов, в силу чего пропадает возможность гарантированного управления состоянием транзистора.

Поэтому при переходе к 45-нм нормам техпроцесса для создания затворов транзисторов с малыми токами утечек инженерам Intel пришлось использовать новый материал для диэлектрика - так называемый high-k диэлектрик, в сочетании с новым материалом для электрода затвора транзистора на основе металлов.

Предельно "истончившийся" слой диоксида кремния был заменён на более толстый слой материала на базе солей редкоземельного металла гафния с высоким показателем диэлектрической проницаемости k (high-k), в результате чего ток утечки удалось сократить более чем в десять раз по сравнению с традиционным диоксидом кремния, сохранив при этом возможность корректно и стабильно управлять работой транзистора.
  
Однако новый диэлектрик оказался плохо совестим с затвором из поликремния, что препятствовало достижению высокого быстродействия. Именно для решения этой проблемы затвор в новых транзисторах был выполнен из металла. Пленка из диэлектрика создаётся методом атомарного напыления, причем материал наносится последовательными слоями толщиной всего в один атом.

Во время своего доклада на десятом, юбилейном Форуме Intel для разработчиков, прошедшем в сентябре с. г. в Сан-Франциско, президент и главный исполнительный директор Intel Пол Отеллини продемонстрировал пластину с кристаллами, изготовленными по техпроцессу 45 нм на одной из двух фабрик Intel, уже переоборудованных под производство с нормами 45 нм. Одна из них - экспериментальная D1D, расположенная в Орегоне, вторая - Fab 32 в Аризоне. В 2008 году в строй вступят еще две 45-нм фабрики - Fab 28 в Израиле и Fab 11X в Нью-Мексико. Анонс новых 45-нм микропроцессоров семейства, имеющего кодовое наименование Penryn, состоится в текущем ноябре.

Ещё одним важнейшим анонсом осеннего IDF`2007 стала первая презентация микросхем памяти SRAM, изготовленных по технологическому процессу 32 нм. Предполагается, что Intel приступит к массовому производству микропроцессоров с соблюдением норм 32-нм техпроцесса в 2009 году.

Что же такое гафний? Гафний - это редкоземельный элемент, имеющий 72 номер в периодической системе элементов, обладающий серо-серебристым оттенком цвета, очень эластичный, устойчивый к коррозии, по химическим свойствам похожий на цирконий. Уже из самого названия семейства элементов, к которому принадлежит гафний, следует, что, в отличие от кремния, на Земле его содержится совсем немного. Хватит ли столь редкого элемента для массового производства миллионов чипов?

Специалисты считают, что повода для беспокойства нет. Главным образом потому, что количество гафния, используемое в одном кристалле, ничтожно мало. Бернард Мейерсон (Bernard Meyerson), главный технолог IBM, образно проиллюстрировал это факт следующим сравнением: по его словам, если взять один кубический сантиметр гафния и распределить его по поверхности слоем такой толщины, которая используется в микросхемах, то плёнкой из гафния будет покрыта площадь, равная 10 футбольным полям.

Итак, расход гафния невысок. А как обстоит дело с его добычей?

Ежегодно все страны мира, вместе взятые, добывают около 50 тонн этого вещества. Гафний не встречается в виде жил, как золото или некоторые другие металлы, а вырабатывается в качестве побочного продукта при добыче диоксида циркония (цирконий - металл, довольно широко распространённый на территории Австралии, Бразилии, Китая, России и США). Близость атомных структур гафния и циркония делает процесс разделения достаточно дорогостоящим. Около 60-70% полученного гафния идет на производство так называемых графитовых стержней, используемых для управления реакцией деления нуклидов в ядерных реакторах. Большая часть оставшегося гафния идет на изготовление сплавов, применяемых при производстве авиационных двигателей. Вопрос о недостатке гафния пока не вставал, причем его добычу при необходимости можно увеличить. Другим словами, опасаться, похоже, нечего. Учитывая, что полупроводниковая индустрия предполагает потребление небольшого объёма данного материала, отраслевые эксперты не видят причин для возникновения конкуренции между потребителями гафния - по крайней мере, на ближайшую перспективу.

Источник: по материалам корпорации Intel
 
 
О журнале | Новости | Архив | Выставки и события | Ресурсы | Подписка | Реклама | Авторам статей
Copyright 2000 © Мир компьютерной автоматизации. Авторские права охраняются.
Designed by Jang