Samsung'un Dikey Sıçraması: 42nm Rekorlu İlk 3B Yığılmış Transistörün İç Yüzü

Samsung'un yeniliği, sorunu tamamen baypas etmek. Yeni 3DSFET mimarisi, NMOS ve PMOS transistörleri yan yana yerleştirmek yerine, onları dikey olarak üst üste istifliyor. Bu, iki transistör türü arasındaki kritik yalıtım katmanının dikey bir yapı haline geldiği ve çip üzerinde hiçbir ek yüzey alanı tüketmediği anlamına geliyor. Teoride bu yaklaşım, yatay yalıtım sınırlarına takılmadan, aynı ayak izi içinde transistör yoğunluğunu iki katına çıkarabilir .

Temel Yenilikler: Üçlü Yığılmış Nano Tabakalar ve 42nm Rekoru

Bu dikey vizyonun pratik uygulaması, bir malzeme bilimi ve hassas mühendislik harikası. Samsung ekibi, basitçe iki transistörü üst üste koymadı. 3DSFET'leri, hem üst (P-tipi) hem de alt (N-tipi) transistörler için üçlü yığılmış nano tabaka kanalları kullanıyor, yani tek bir plakada toplam altı nano tabaka bulunuyor. Bu, bir 3B yığılmış FET veya tamamlayıcı FET'te (CFET) şimdiye kadar gösterilen en yüksek sayıda yığılmış nano tabaka . Nano tabaka mimarisi, akım üzerinde zaten üstün elektrostatik kontrol sağlıyor ve bunu dikey istifleme ile birleştirmek, performans ve güç verimliliği için güçlü bir sinerji yaratıyor.

Bunu başarmak için mühendisler, elektriksel yalıtım gibi kritik bir zorluğu çözmek zorundaydı. Dikey olarak bitişik transistörlerin bağımsız çalışabilmesi için kusursuz bir yalıtım bariyerine ihtiyacı var. Ekip, üst ve alt cihazlar arasında yüksek kaliteli bir ara dielektrik katman geliştirdi. Bu dikey yalıtkan, yoğun entegrasyonun kilidini açan, aksi takdirde tasarımı işlevsiz kılacak sinyal karışmasını ortadan kaldıran anahtar unsur .

Sonuç, kamuya açık kayıtlardaki en küçük değer olan 42nm'lik bir geçit aralığına sahip, tamamen işlevsel bir cihaz. Samsung'un Logic TD ekibinden uzman Wookhyun Kwon, önceki araştırmaların daha küçük boyutlar rapor etmiş olabileceğini, ancak 42nm rakamının "fiilen üretilmiş bir transistör yapısında elde edilen en küçük değer" olduğunu açıkladı .

Ödüllü Bir Başarı

Bu çalışmanın önemi, dünyanın en iyi üç yarı iletken konferansından biri olan VLSI Sempozyumu'ndaki akademik ve endüstri camiası tarafından anında fark edildi. Donghoon Hwang ve meslektaşları tarafından yazılan, "İleri Lojik Uygulamalar için Üçlü Yığılmış Nano Tabaka Kanallarına Sahip 42nm Geçit Aralıklı 3B Yığılmış FET'lerin İlk Gösterimi" başlıklı bildiri, gönderilen tüm çalışmalar arasında 10 üzerinden 8,29 ile en yüksek değerlendirme puanını aldı . Bu olağanüstü puan, ona hem En İyi Bildiri Ödülü'nü hem de sempozyumun Teknoloji Vurgusu unvanını kazandırdı .

Yapay Zeka ve HPC Çipleri İçin Gelecek Yol Haritası

Samsung, 3DSFET mimarisini geleceğin yüksek performanslı lojik yarı iletkenleri için temel bir teknoloji olarak görüyor. Özellikle, transistör yoğunluğunun kritik bir performans kaldıracı olduğu, talepkâr yeni nesil yapay zeka ve yüksek performanslı bilgi işlem (HPC) uygulamalarını hedefliyor .

Ancak, bu çalışmayı bir ürün duyurusu olarak değil, anıtsal bir kavram kanıtı olarak görmek çok önemli. Çalışma şu anda demonstrasyon aşamasında bulunuyor. Samsung'un Logic TD Ekibi, nihai ticarileştirme hedefiyle araştırmaya devam edeceğini belirtirken, herhangi bir seri üretim zaman çizelgesi paylaşılmadı. Bu tek cihazlık gösterimi yüksek verimli, seri üretilebilir bir sürece dönüştürmek için önemli bir geliştirme süreci gerekiyor . Önümüzdeki uzun yola rağmen Samsung, nano tabaka döneminden sonra ne geleceği sorusuna somut ve doğrulanmış bir yanıt verdi: Yukarı çıkmak.