FinFET簡(jiǎn)介
鰭式場(chǎng)效晶體管（FinFET）并非傳統(tǒng)平面 MOSFET 的簡(jiǎn)單“縮小”，而是將通道“立”成魚鰭狀的三維結(jié)構(gòu)。這一轉(zhuǎn)變讓柵極三面環(huán)抱通道，漏電驟減，電流驅(qū)動(dòng)能力卻更強(qiáng)，由此成為 10 nm 之后幾乎所有先進(jìn)工藝的共同選擇。
把時(shí)間軸拉長(zhǎng)，F(xiàn)inFET 的“種子”早在 1967 年就已埋下——當(dāng)年 Farrah 與 Steinberg 提出雙柵薄膜晶體管的設(shè)想；1989 年，日立中央研的“DELTA”第一次把薄硅鰭立起來，驗(yàn)證了立體柵的可行性；世紀(jì)之交，加州大學(xué)伯克利分校團(tuán)隊(duì)正式拋出 “FinFET” 這一名稱，并系統(tǒng)論證其縮微潛力。真正讓 FinFET 走出實(shí)驗(yàn)室的是英特爾：2011 年 22 nm 節(jié)點(diǎn)商用落地，平面時(shí)代至此畫上句號(hào)，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)旋即跨入三維柵極的新紀(jì)元。
物理結(jié)構(gòu)和工作原理
FinFET與傳統(tǒng)的平面MOSFET設(shè)計(jì)有著顯著不同。FinFET并非采用平坦的二維通道，而是采用三維（3D）結(jié)構(gòu)，其中硅通道被抬高為從基板突出的薄而垂直的“鰭片”。
然后，柵極電極會(huì)從多個(gè)側(cè)面環(huán)繞該鰭片，通常會(huì)形成“三柵極”結(jié)構(gòu)，即三面（頂部和兩側(cè)），也可能形成“雙柵極”結(jié)構(gòu)，即兩面（兩側(cè)），因此稱為FinFET。這種獨(dú)特的3D架構(gòu)極大地改善了對(duì)通道的靜電控制能力。
在傳統(tǒng)的平面MOSFET中，柵極僅從頂面控制通道。隨著通道長(zhǎng)度的縮短，柵極對(duì)整個(gè)通道的影響逐漸減弱，導(dǎo)致控制性能下降，尤其是在源極和漏極區(qū)域附近。這會(huì)導(dǎo)致諸如漏極感應(yīng)勢(shì)壘降低效應(yīng)（DIBL）和亞閾值漏電流增加等有害現(xiàn)象，即使晶體管應(yīng)該處于“關(guān)閉”狀態(tài)，電流也會(huì)流過。
FinFET通過有效增加?xùn)艠O與通道之間的接觸面積來緩解這些問題。通過將柵極包裹在鰭片周圍，來自柵極的電場(chǎng)可以對(duì)整個(gè)通道施加更強(qiáng)、更均勻的控制。這種增強(qiáng)的靜電耦合使得“開”和“關(guān)”狀態(tài)之間的切換更加利落，從而減少漏電流并提高切換速度。“鰭片”本身可以被看作是多個(gè)平行通道，這也增加了晶體管的有效寬度，從而在給定尺寸下增加了驅(qū)動(dòng)電流。
FinFET的結(jié)構(gòu)，（Source：Applied Materials）
FinFET結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單介紹——簡(jiǎn)單寫寫
FinFET:終極指南(含Process講解)
工作原理：FinFET的工作原理核心在于對(duì)通道實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)的柵極控制。多柵極結(jié)構(gòu)允許柵極從多個(gè)方向影響通道，從而實(shí)現(xiàn)更優(yōu)的靜電控制。這種改進(jìn)的控制使FinFET能夠在較低電壓下工作，同時(shí)實(shí)現(xiàn)更高的驅(qū)動(dòng)電流，從而使其比平面型的同類產(chǎn)品更高效、更強(qiáng)大。
相較于傳統(tǒng)MOSFET的優(yōu)勢(shì)——FinFET技術(shù)相較于傳統(tǒng)平面MOSFET有幾項(xiàng)顯著的改進(jìn)：
靜電控制加強(qiáng)：環(huán)繞式柵極結(jié)構(gòu)對(duì)通道實(shí)現(xiàn)了更優(yōu)異的控制，顯著減少了困擾較小晶體管的短通道效應(yīng)。
漏電流抑制：改進(jìn)的柵極控制可大幅降低漏電流，從而提高電源效率，尤其是在待機(jī)模式下。
性能提升：FinFET可提供更高的驅(qū)動(dòng)電流和更快的開關(guān)速度，從而提高電子設(shè)備的整體性能。
可擴(kuò)展性：3D 拓?fù)浒?ldquo;寬度”轉(zhuǎn)向“高度”，在不犧牲性能的情況下繼續(xù)實(shí)現(xiàn)微型化，而平面設(shè)計(jì)通常會(huì)因持續(xù)的微型化而導(dǎo)致性能下降。
制造流程和挑戰(zhàn)
FinFET的生產(chǎn)涉及多個(gè)復(fù)雜的制程：
使用精密光刻技術(shù)進(jìn)行鰭片圖案化
采用先進(jìn)沉積方法的柵極堆疊工程
采用更小節(jié)點(diǎn)的多重圖案化技術(shù)
全面的計(jì)量和檢測(cè)程序
FinFET生產(chǎn)存在幾個(gè)挑戰(zhàn)：
制程復(fù)雜性：3D結(jié)構(gòu)增加了制造復(fù)雜性和成本。
熱管理：緊湊的結(jié)構(gòu)可能導(dǎo)致熱點(diǎn)，需要高效的散熱方案。
缺陷控制：更小的尺寸和更多的制程步驟使得缺陷管理更具挑戰(zhàn)性。
未來發(fā)展與趨勢(shì)
FinFET技術(shù)的未來將有以下幾項(xiàng)重要發(fā)展：
全環(huán)繞柵極場(chǎng)效應(yīng)晶體管（GAAFET）：FinFET的這種演變有望實(shí)現(xiàn)更好的性能和可擴(kuò)展性。
材料創(chuàng)新：對(duì)石墨烯和二硫化鉬等新材料的研究可以增強(qiáng)FinFET的性能。
混合架構(gòu)：與量子計(jì)算和類腦計(jì)算架構(gòu)的融合，代表著一個(gè)令人興奮的新領(lǐng)域。
結(jié)論
FinFET技術(shù)代表了半導(dǎo)體設(shè)計(jì)領(lǐng)域的一項(xiàng)關(guān)鍵進(jìn)步，它不僅推動(dòng)了摩爾定律的持續(xù)演進(jìn)，也解決了現(xiàn)代電子設(shè)備面臨的部分挑戰(zhàn)。
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