Szybsze procesory, niższe zapotrzebowanie na prąd to możliwości niesione przez nową technologie tranzystorów. Tranzystory FD-SOI, bo nich mowa to ogromny postęp technologiczny w dziedzinie konstruowania chipów. Dzięki mniejszym rozmiarom na powierzchni chipa mieści się więcej tranzystorów, co daje większą prędkość bez zapotrzebowania na większą ilość energii. Można się domyślić, że takie rozwiązanie świetnie sprawdzi się między innymi w smartfonie, czy tablecie.

Obecne procesory składają się nawet z miliarda tranzystorów i budowane są w technologii 14mn. Gdzie przed wieloma laty budowane były jedynie z 125 milionów tranzystorów. Jednak MOSFET-y, czyli zwyczajne tranzystory polowe o strukturze metal, tlen, półprzewodniki osiągają swoje możliwości zmniejszania do granicy 20nm, po czym tracą sprawność. Tak więc budowanie mniejszych tranzystorów ma praktyczne zastosowanie dopiero po zmianie ich struktury.

Fizyczne ograniczenia konstrukcji

Tranzystory MOS tracą swój potencjał w wyniku prądu upływowego. Jako układ scalony każdy tranzystor prezentuje potencjalnie wartość bitu (0 lub 1).  Po pojawieniu się napięcia na bramce następuje ich przełączenie. Otwiera się wówczas kanał w podłożu i elektrony mogą płynąć w krzemie od źródła do drenu. Jeżeli jednak części składowe tranzystorów (źródło, den i bramka) za sprawą procesu pomniejszenia znajdą się zbyt blisko siebie, zaczną wywierać na siebie wpływ. Elektrony wówczas wędrują przez kanał, mimo że przy bramce nie występuje żadne napięcie – tak powstają prądy upływowe. Układ mógłby funkcjonować prawidłowo po podwyższeniu napięcia roboczego, co jednak nie przyniosło by korzyści, gdyż wiązałoby się z większym poborem prądu dla całego układu. Aby odzyskać kontrolę nad otwieraniem i zamykaniem kanał, należy przebudować tranzystor.

Producenci chipów próbowali zoptymalizować izolacyjną warstwę między bramką a kanałem. Cieńszy izolator z lepszego przewodnika, zamiast tlenku krzemu – tlenek hafru, powinien likwidować zjawisko prądów upływowych. Jednak w przypadku tranzystorów 32nanometrowych atom hafru ma grubość niewiele ponad 1nm. Natomiast atom krzemu ma średnicę ok. 0,3nm. Dalsza redukcja spowodowałaby niekontrolowane wędrówki elektronów od bramki do kanału, efektem czego pojawiłoby się nowe źródło dla prądów upływowych. Rozwiązaniem problemu wydaje się wyizolowanie kanału z reszty podłoża, jak to uczynili inżynierowie z firmy Intel w procesorach generacji Ivy Bridge. Chip taki posiada 1,4 miliarda 22-nanometrowych tranzystorów. W tranzystorach Tri-Gate kanał został odizolowany od bramki.

Dwukrotnie dłuższe działanie nowych chipów

Chipy FD-SOI w odróżnieniu od Tri-Gate’ów posiadają innego typu wafla krzemowego. Firma zajmująca się produkcją chipów – STMicroelectronics już zaczęła wprowadzać w swoje chipy nowe tranzystory, który znajduję się m.in. w smartfonach Sony Xperia. Rozmiar tranzystorów na obecnym etapie produkowane są w 14nm, natomiast od przyszłego roku mają ukazać się w wersji 10nm. Technologia FD-SOI zapewnia zwiększenie taktowania chipsetów mobilnych, jak również dłuższe, o kilka godzin działanie na baterii, gdyż zapotrzebowanie na prąd przy pełnym obciążeniu  zmniejszy się o 35%.

Udostępnij.

Dodaj komentarz