微电子技术获40年来重大突破

美国英特尔公司和IBM公司近日分别宣布，他们使用铪金属作为电介质，开发出45纳米线宽的晶体管技术工艺，使芯片的集成度比目前65纳米线宽的技术工艺提高了1倍，运行速度提高了20％，器件功耗降低30％。这也是40年来晶体管技术获得的重大突破。 　　 在半导体工业迅速发展的40年期间，一直以单晶硅为电介质的晶体管技术，从90纳米线宽发展到65纳米，芯片上集成的晶体管数目随之增 加了1倍，器件功耗降低20％，运行速度提高了50％，生产成本得以大幅下降。尽管目前电子元件技术已能达到12纳米线宽，相当于5个原子的厚度，但由于量子力学的隧道效应，出现了非常严重的晶体管能量流失问题，影响了处理器性能的发挥和功耗。英特尔公司之所以停止开发4千兆赫兹处理器，就是遇到了这一技术难题。 　　高介电率材料铪能隙小，对载流子的势垒较低，但使用铪作为电介质需要解决两个问题。最主要的问题是采用高介质率绝缘层后会降低载流子的迁移率。另外，传统的集成电路采用多晶硅作为电极材料，这与高介电率的铪材料绝缘层在边界会产生电位差，从而发生控制电压（阈值电压）偏移的问题。 　　英特尔宣布已经解决了上述问题。据悉，他们在晶体管技术新工艺中使用了其他金属电极代替了硅电极，但因技术保密，英特尔没有宣布具体的金属成分，只表示在两种不同的晶体管NMOS和PMOS中使用了不同的金属材料。英特尔还透露，除使用铪作为电介质材料外，在新技术工艺中还使用了低介电率的氮化硅，这也降低了器件之间的能耗，同时提高芯片的运行速度。 　　目前，无论CPU还是GPU等处理器芯片都是由数以亿计的晶体管组成的，晶体管性能的提高可以直接导致处理器速度的革命。因此，有关专家指出，以铪材料为基础的新型晶体管技术，将可能引起晶体管技术的第二次革命。 　　据悉，英特尔有望在2007年后半年推出45纳米的铪晶体管，生产Penryn系列芯片；而IBM希望在2008年与AMD、东芝和索尼等公司合作，推出以铪材料为晶体管的芯片。
　　(中国工控网提供)