Komponenten | 05 Dezember 2006

Infineon erzielt technologischen Durchbruch bei Multi-Gate Technologie

Der Multi-Gate-Feldeffekt-Transistor könnte viele Probleme auf dem Weg zu noch kleineren integrierten Schaltungen lösen, die bei gleicher Funktionalität mit wesentlich weniger Strom auskommen, als heute verfügbare planare Standard-Technologien.
Forscher von Infineon haben die neue Transistorarchitektur in 65nm Strukturgröße jetzt als weltweit erste mit komplexen Schaltungen getestet. Bei rund 30 Prozent kleinerem Flächenbedarf als bei heutigen Single-Gate-Schaltungen mit gleicher Funktion und Geschwindigkeit wurden dabei Ruheströme gemessen, die um mehr als den Faktor 10 kleiner waren. Nach Berechnungen der Forscher verdoppelt sich dadurch die Energieeffizienz und Batterielaufzeit von portablen Geräten im Vergleich zu den gerade aktuellen 65nm Technologien. Für zukünftige Technologiegenerationen (32nm, 22nm) wird dieser Wert noch signifikant zunehmen.

„Mit der weltweit ersten integrierten Schaltung in Multi-Gate-Technologie mit 65nm Strukturgrösse haben wir bewiesen, dass der Fortschritt in der Halbleiterindustrie nicht nur durch das kontinuierliche Verkleinern von Strukturen zu bewältigen ist“, sagte Prof. Dr. Hermann Eul, Mitglied des Infineon-Vorstands und Leiter des Geschäftsbereichs Communication Solutions.

Die von den Infineon-Forschern getesteten 65nm-Schaltungen enthalten über 3.000 aktive Transistoren in der dreidimensionalen Multi-Gate-Technologie. Die Ergebnisse belegen, dass sie genauso leistungsfähig wie heutige ausgereifte Technologien ist, aber bei gleicher Funktionalität gut nur die Hälfte an Energie braucht. Ein Vorteil, der auf der Basis der bisherigen Erkenntnisse in zukünftigen Technologiegenerationen noch sehr viel stärker ausfallen wird.

Die Forscher von Infineon sind dabei neue Wege gegangen: Sie haben die seit 50 Jahren übliche flache oder auch planare Anordnung der Transistor Architektur zu einem dreidimensionalen Gebilde geformt. Die dritte Dimension ist hier der Schlüssel zum Erfolg, der steuernde Kontakt des Transistors umschließt die Potentialbarriere der Sperrschicht nun von mehreren Seiten („Multi-Gate“) und bietet somit eine um den Faktor 3 größere Angriffsfläche, um den Transistor effektiv auszuschalten.

Der Bau von Schaltungen in einer Multi-Gate-Technologie kann sowohl auf Standard Silizium Substrat oder auf Silizium auf Oxid (SOI) mit den heute herkömmlichen Herstellungsprozessen und den heute üblichen Werkstoffen erfolgen und ist damit unabhängig von kostenintensiven Materialinnovationen. Weiterhin eröffnet sich durch die Nutzung der dritten Dimension ein bemerkenswerter Vorteil: bei gleicher Anzahl der Transistoren auf einem Chip wird die pro Transistor aktiv genutzte Silizium-Fläche effektiv verkleinert und damit Silizium eingespart.

Das neue Herstellungsverfahren wird von Infineon im Rahmen seiner Beteiligung am europäischen Forschungszentrum IMEC (Interuniversity Micro Electronics Center, Leuven, Belgien) noch weiter erforscht und könnte in fünf bis sechs Jahren als Basistechnologie für die Serienfertigung zum Einsatz kommen.

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