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環(huán)繞柵極場效應(yīng)晶體管（Gate-All-Around FET，GAAFET）是一種半導(dǎo)體三維晶體管，被認(rèn)為是鰭式場效應(yīng)晶體管（Fin Field-Effect Transistors，F(xiàn)inFET）的進化版本。GAAFET與FinFET的比較標(biāo)志著多柵晶體管的進步，將導(dǎo)電通道從垂直鰭片轉(zhuǎn)移到納米片。

FinFETFinFETs 是英特爾于 2011 年推出的首款三維晶體管，它是對傳統(tǒng)平面晶體管（MOSFET）的一種改進。在 28 納米工藝節(jié)點以下，平面 MOSFET 就開始出現(xiàn)諸如電流泄漏、散熱問題和短溝道效應(yīng)等難題。而 FinFET 則通過在柵極上添加一個垂直的“鰭片”來解決了這些問題。

隨著摩爾定律的推動，芯片尺寸不斷縮小，因此需要在相同面積內(nèi)容納更多的晶體管。在一定規(guī)模下，鰭式場效應(yīng)晶體管（FinFET）開始出現(xiàn)與十年前的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（MOSFET）所遇到的類似問題。當(dāng)鰭片彼此靠得太近時，相鄰鰭片之間出現(xiàn)泄漏電流的風(fēng)險會增加。這會增加功耗，并且在晶體管處于關(guān)閉狀態(tài)時難以控制它，從而導(dǎo)致更高的功耗和更低的能源效率。

此外，為了容納更多的晶體管，鰭片的寬度會減小，這會導(dǎo)致柵極控制泄漏的效果降低，這種現(xiàn)象被稱為“柵極泄漏”。柵極電極在三個面都包裹著鰭片結(jié)構(gòu)，但在底部面，通道暴露在硅襯底上，這可能會導(dǎo)致泄漏電流。更薄的鰭片還會導(dǎo)致電阻增大，這使得難以保持適當(dāng)?shù)撵o電控制。GAAFET 的目標(biāo)是通過將散熱片從垂直結(jié)構(gòu)改為納米片結(jié)構(gòu)來解決這些問題。

GAAFETGAAFET通過從垂直鰭片切換到納米片來解決這些問題。

在 5 納米工藝節(jié)點以下，柵極增強型自對準(zhǔn)場效應(yīng)晶體管（GAAFET）將取代鰭式場效應(yīng)晶體管（FinFET），用“納米片”取代垂直鰭片。在 GAAFET 中，源極和漏極不再屬于鰭片的一部分，而是通過水平堆疊的納米片來實現(xiàn)。而在鰭式場效應(yīng)晶體管中，導(dǎo)電通道有三個接觸面，而在柵極增強型自對準(zhǔn)場效應(yīng)晶體管中，晶體管的柵極完全包裹著每個納米片的四個面，因此被稱為“全方位柵極”。每個納米片的底面完全被柵極包裹，不再與襯底接觸。這使得晶體管的靜電控制更加良好，并將允許半導(dǎo)體圖案進一步縮小。預(yù)計在本十年末之前，全方位柵極晶體管將用于最先進的半導(dǎo)體器件。然而，GAAFET 技術(shù)也有其自身的挑戰(zhàn)，主要是制造復(fù)雜度更高和成本更高。這就是為什么 GAAFET 只會被用于移動設(shè)備或高性能計算（HPC）應(yīng)用中的尖端芯片的原因之一。

在 GAAFET（全柵極環(huán)繞型）中，蝕刻工藝相較于 FinFET（鰭式場效應(yīng)晶體管）而言會變得更加復(fù)雜。在全柵極環(huán)繞結(jié)構(gòu)中，可能需要進行多次蝕刻步驟來實現(xiàn)所需的柵極形狀和尺寸。一旦柵極形成，后續(xù)的蝕刻步驟可能需要用于微調(diào)晶體管形狀或去除犧牲性材料，同時又不能損壞其他集成電路層。

沉積過程也更加精確，并且需要更先進的設(shè)備。在較老的晶體管結(jié)構(gòu)中，化學(xué)氣相沉積是一種非常常用的沉積方法，而 GAAFET 則需要原子層沉積（ALD）。ALD 更加精確，因為它分步驟添加化學(xué)反應(yīng)物，形成單原子厚度的沉積膜，從而產(chǎn)生更平滑的表面，且微凸點出現(xiàn)的概率更低。