Intel前幾天慶祝了半導體業界黃金法則——摩爾定律,通過更先進的工藝不斷提升電晶體密度是Intel取勝的關鍵,他們也以此維護了摩爾定律的準確。如今Intel的製造工藝已經是14nm,下一步就是10nm工藝,面臨的挑戰還會更多,Intel實際上也延期了10nm工藝進程,但Intel手中的外星科技可不少,分析認為Intel將在10nm工藝啟用量子井場效電晶體(Quantum Well FET,簡稱QWFET),還會使用銦鎵砷及應變鍺兩種新型半導體材料。

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如今的集成電路基本上都是基於矽基材料,電晶體的性能、運行電壓及電流都與電晶體的結構有關,因此整體功耗密度相同的情況下,電晶體的功耗與電壓的成正比——當然,電晶體密度是在不斷提升到的(這是摩爾定律的內容)。這個規律是1975年IBM公司的研究人員Robert Dennard總結的,因此這個定律也以他的名字命名——這就是Dennard scaling定律的來源。

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這些其實是本文內容的前奏,這個定律在公園2000年前都是適用的,但2005年David Wang在IEDM會議上提出,電晶體的性能不能再通過幾何結構而提升,功耗問題越來越嚴重,而功耗來源於兩個方面——滲漏電流帶來的靜態功耗以及電晶體開關帶來的動態功耗(註:動態功耗有個公式Switching power = C*V2*F)。

現在的情況就是電晶體越小,滲漏電流越來越嚴重,解決功耗問題的重點就轉移到滲漏電流這方面來了,Intel曾經在90nm工藝使用應變矽工藝,45nm節點使用HKMG(高K金屬閘極)工藝,22nm工藝使用FinFET電晶體工藝,這都有助於降低滲漏電流,進而降低功耗。

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分析師 David Kanter認為Intel有很大可能會在10nm工藝使用QWFEN量子井場效電晶體工藝,同時還會使用新型的半導體材料,N型使用銦鎵砷(In0.53Ga0.47As),P型使用應變鍺(strained germanium)

按照他的分析,Intel最早會在2016年的10nm工藝上使用這些外星科技,將電晶體運行電壓從0.7V降低到0.5V,而三星、TSMC、Globalfoundries等公司要等到7nm工藝才有可能使用這些新技術,依然要比Intel落後一代。


 Intel 10nm工藝將使用量子井場效電晶體及新型半導體材料

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