Intel demonstererade under IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM) en 3D-staplad CMOS-transistor kompatibel med Backside Power Delivery (BSPD). Bolaget självt meddelar att den nya transistorn kommer tillåta Moores lag att leva vidare tack vare fortsatt ökad transistordensitet, medan andra tillverkningstekniska framsteg nåtts inom just BSPD och galliumnitridtransistorer direkt på kiselskivor snarare än vid paketering.
Transistorn i fråga är i korta drag två GAAFET-transistorer, RibbonFET på Intel-lingo, ovanpå varandra. Enligt Intel har bolaget lyckats skala ned transistorn till en gate pitch om 60 nanometer, vilket om den endast var av traditionell 2D-typ kunde jämföras med FinFET-transistorer i 5-nanometersklassen. Aktuella mått för pitch hos TSMC respektive Samsung är 51 respektive 57 nanometer, där TSMC krympt måttet till 45 nanometer med 3 nanometer.
Platsvinsten med Intels teknik kommer istället från kombinationen av BSPD och stapling av transistorer. Genom att nyttja kiselskivans baksida till direkt strömleverans kan transistorer packas tätare än tidigare, och med möjligheten att baka in två stycken ovanpå varandra kan teoretiskt sett mer än en fördubbling av transistordensitet ske på en given yta. Intel själva talar dock inte om några siffror, utan låter istället bara meddela att transistorn är en del i ett system som syftar till att möjliggöra ”yteffektiv enhetsstapling”.
GaN on Silicon når 300 millimeter i labbet
Under IEDM 2022 talade Intel om hur kretsar med upp till 1 000 miljarder transistorer ska vara möjliga till år 2030, men ett av de mindre ögonbrynshöjande ämnena var bolagets forskning i galliumnitrid på kisel (GaN on silicon). Här låter bolaget nu hälsa att gammal är äldst och att man är först att demonstrera fungerande kisel- och galliumnitridtransistorer framställda på samma kiselskiva, istället för att vid ett senare skede införa galliumtransistorer på ett paket.
Galliumnitrid är ett hett ämne inom kraftelektroniken, där ämnet framförallt utmärker sig genom att ha lägre strömförluster och högre värmetålighet än traditionellt kisel. Tack vare detta menar Intel att materialet är väl lämpat för framtidens servrars strömförsörjning i takt med att effektuttagen ökar och ytorna minskar. Lösningen har av Intel döpts DrGaN, driver gallium nitride, och uppges redan nu vara högpresterande i storskaliga lösningar.
Transistorgrindar under 10 nanometer med TMD
Trots att framtiden tveklöst kommer föra med sig gott om både 3D-staplade transistorer och galliumnitrid inom halvledare är den traditionella 2D-transistorn långt ifrån död. Intel menar att material av typen TMD, transition metal dichalcogenide, kommer möjliggöra grindlängder, gate, på transistorer under 10 nanometer. På plats demonstrerades prototyper av TMD-transistorer av både typerna NMOS och PMOS.
Forskningen i TMD har under tidigt 20-tal tagit ordentlig fart för halvledartillämpningar och beskrivs i boken Chinese Chemical Letters som tack vare sitt tunna atomlager speciellt lämpat för högpresterande transistorer. Intel å sin sida demonstrerade under IEDM PMOS-transistorer tillverkade i TMD direkt på en 300 millimeter stor kiselskiva – men också PMOS-transistorer av GAA-typ i TMD.
Värt att notera är att konkurrensen till Intel, TSMC och Samsung, inte återkommande och lika öppet försöker skylta med sina forskningsframsteg. Klart är hur som helst att Intel gör sitt yttersta för att återta tätpositionen på halvledarmarknaden och vägrar släppa på gaspedalen sedan VD Pat Gelsinger år 2021 tog över rodret efter Bob Swan.
