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