2011年5月4日，英特爾公司宣布在晶體管發(fā)展上取得了革命性的重大突破。晶體管是現(xiàn)代電子設(shè)備的微小元件，自50多年前硅晶體管發(fā)明以來，3-D結(jié)構(gòu)晶體管史無前例將首次投入批量生產(chǎn)。英特將推出被稱為三柵級(jí)(Tri-Gate)的革命性3-D晶體管設(shè)計(jì)，并將批量投產(chǎn)研發(fā)代號(hào)Ivy Bridge的22納米芯片。

　　自1947年晶體管問世以來，晶體管技術(shù)飛速發(fā)展。為開發(fā)更強(qiáng)大、成本效益更好、能效更高的產(chǎn)品鋪平了道路，要想按照摩爾定律的步調(diào)不斷進(jìn)步，就必須進(jìn)行大量創(chuàng)新。近期值得關(guān)注的創(chuàng)新成果是應(yīng)變硅和高-K金屬柵極?，F(xiàn)在，英特爾將為晶體管設(shè)計(jì)帶來另一項(xiàng)革命這將在各種計(jì)算設(shè)備(從服務(wù)器到臺(tái)式機(jī)，從筆記本電腦到手持設(shè)備)中實(shí)現(xiàn)前所未有的高性能和能效。

Intel 3-D三柵極晶體管

　　3-D三柵級(jí)晶體管代表著從2-D平面晶體管結(jié)構(gòu)的根本性轉(zhuǎn)變。幾十年來，2-D晶體管不僅在計(jì)算機(jī)、手機(jī)、消費(fèi)電子產(chǎn)品中得到了廣泛應(yīng)用，還用于汽車、航空、家用電器、醫(yī)療設(shè)備以及數(shù)千種日用設(shè)備的電子控制中。英特爾CEO保羅 歐德寧表示，英特爾科學(xué)家和工程師通過采用3-D結(jié)構(gòu)，再一次實(shí)現(xiàn)了晶體管革命。隨著摩爾定律推進(jìn)到新的領(lǐng)域，3-D結(jié)構(gòu)將幫助人們打造令人驚嘆且能改變世界的設(shè)備。

摩爾定律(Moore"s Law)

　　科學(xué)家早就意識(shí)到3-D結(jié)構(gòu)對(duì)延續(xù)摩爾定律的重要意義，因?yàn)槊鎸?duì)非常小的設(shè)備尺寸，物理定律成為晶體管技術(shù)進(jìn)步的障礙。5月4日宣布的革命性成果，其關(guān)鍵在于英特爾能夠把全新的3-D三柵極晶體管設(shè)計(jì)設(shè)入批量生產(chǎn)，開啟了摩爾定律又一新時(shí)代，并且為各種類型的設(shè)備的下一代創(chuàng)新打開了大門。

　　摩爾定律：

　　摩爾定律預(yù)測(cè)了硅技術(shù)的發(fā)展步伐，晶體管密度大約每?jī)赡瓯銜?huì)增加一倍，同時(shí)其功能和性能將提高，而成本則會(huì)降低。40多年來，摩爾定律已經(jīng)成為半導(dǎo)體行業(yè)的基本商業(yè)模式。

　　● 3-D晶體管能夠?qū)崿F(xiàn)前所未有的能耗節(jié)省和性能提升

　　英特爾3-D三柵極晶體管使芯片能夠在更低的電壓下運(yùn)行，并進(jìn)一步減少漏電量，與之前最先進(jìn)的晶體管相比，3-D三柵極晶體管能夠提供前所未有的高性能和高能效。這些能力讓芯片設(shè)計(jì)師可以根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用需要靈活地選用低能耗或高性能的晶體管。

Intel 3-D三柵極晶體管

　　與之前的32nm平面晶體管相比，22nm 3-D三柵極晶體管在低電壓下將性能提高了37%，這一改進(jìn)意味著它們將是小型手持設(shè)備的理想選擇。這種設(shè)備要求晶體管在運(yùn)行時(shí)只用較少的電量進(jìn)行“開關(guān)”操作。全新的晶體管只需消耗不到一半的電量，就可以達(dá)到與32nm芯片中2-D平面晶體管一樣的性能。

　　● 3-D晶體管問世將繼續(xù)創(chuàng)新步伐-摩爾定律

　　要在22nm制程時(shí)代延續(xù)摩爾定律是一項(xiàng)導(dǎo)常復(fù)雜的技術(shù)。英特爾科學(xué)家們?cè)?002年發(fā)明了三柵極晶體管，這是根據(jù)柵極有三面而取名的。得益于英特爾高度協(xié)同的研究-開發(fā)-制造技術(shù)的集成作業(yè)，5月4日宣布的技術(shù)突破是多年研發(fā)的成果，也標(biāo)志著3-D三柵極晶體管成果開始進(jìn)入批量生產(chǎn)階段。

Intel 3-D三柵極晶體管模型

　　3-D三柵極晶體管實(shí)現(xiàn)晶體管的革命性突破。傳統(tǒng)“扁平”的2-D平面柵極被超級(jí)纖薄的，從硅基體垂直豎起的3-D硅鰭狀物所代替。電流控制是通過在鰭狀物三面的每一面安裝一個(gè)柵極而實(shí)現(xiàn)的，而不是像2-D平面晶體管那樣，只在頂部有一個(gè)柵極。更多控制可以使晶體管在“開”的狀態(tài)下讓盡可能多的電流通過(高性能)，而在“關(guān)”的狀態(tài)下盡可能讓電流接近零(低能耗)，同時(shí)還能在兩種狀態(tài)之間迅速切換。

　　英特爾3-D三柵極晶體管結(jié)構(gòu)提供了一種管理晶體管密度的方式。由于這些鰭狀物本身是垂直的，晶體管也能更緊密地封裝起來。這是摩爾定律追求技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵所在。設(shè)計(jì)師還可以不斷增加鰭狀物的高度，從而獲得更高的性能和能效。

　　● 3-D三柵極晶體管首次將用于22nm Ivy Bridge處理器

　　3-D三柵極晶體管將在英特爾下一代22nm制程技術(shù)中采用。單個(gè)晶體管究竟有多大，實(shí)際在一個(gè)英文句點(diǎn)的面積上就可以容納超過600萬個(gè)22nm三柵極晶體管。

　　5月4日，英特爾展示了全球首個(gè)研發(fā)代號(hào)為Ivy Bridge的22nm微處理器，該處理器可用于筆記本電腦、服務(wù)器和臺(tái)式機(jī)。基于Ivy Bridge的英特爾酷睿系列處理器將是首批采用3-D三柵極晶體管進(jìn)行批量生產(chǎn)的芯片。Ivy Bridge預(yù)計(jì)將在年底前投入批量生產(chǎn)。

3-D晶體管首次將用于Ivy Bridge處理器

　　該項(xiàng)硅技術(shù)的突破也將有助于交付更多基于高度集成的英特爾凌動(dòng)(Atom)處理器產(chǎn)品，以擴(kuò)展英特爾架構(gòu)的性能、功能和軟件兼容性，同時(shí)滿足各種細(xì)分市場(chǎng)對(duì)能耗、成本和設(shè)計(jì)尺寸的整體需求。

　　全文總結(jié)：

　　硅晶體管史上第一次進(jìn)入3-D時(shí)代。英特爾推出的三柵極晶體管將晶體管通道增加到第三維度。其結(jié)果就是能夠更好地控制晶體管、最大程度利用晶體管開啟狀態(tài)時(shí)的電流，并且在關(guān)閉狀態(tài)時(shí)最大程度減少電流。英特爾在新的半導(dǎo)體技術(shù)中引入22nm創(chuàng)新，這將確保摩爾定律在可預(yù)見的未來仍將繼續(xù)生效，3-D三柵極晶體管的問世也將成為晶體管發(fā)展的新的里程碑。

　　● 小知識(shí)：晶體管歷史和關(guān)鍵里程碑事件

　　1947年：

　　William Shockley、John Bardeen和Walter Brattain在貝爾實(shí)驗(yàn)驗(yàn)成功開發(fā)出首個(gè)晶體管。

　　1950年：

　　William Shockley開發(fā)出雙極結(jié)型晶體管，就是現(xiàn)在通行的標(biāo)準(zhǔn)晶體管。

　　1954年：

　　首款晶體管收音機(jī)Regency TR1上市，這種收音機(jī)里面只包含四個(gè)鍺晶體管。

　　1961年：

　　羅伯特・諾伊斯獲得首個(gè)集成電路專利。最初的晶體管對(duì)于收音機(jī)和電話而言已經(jīng)足夠，但是更新的電子設(shè)備要求規(guī)格更小的晶體管-集成電路。

　　1965年：

　　摩爾定律誕生-戈登・摩爾在《電子雜志》發(fā)表的文章中預(yù)測(cè)：未來芯片上晶體管的數(shù)量大約每年翻一倍(10年后，修正為每?jī)赡攴槐?。三年后，摩爾和諾伊斯創(chuàng)建了英特爾公司，英文名Intel即“集成電子(Integrated Electronics)”的縮寫。

　　1969年：

　　英特爾開發(fā)出首個(gè)成功的PMOS硅柵極晶體管技術(shù)。這些晶體管繼續(xù)使用傳統(tǒng)的二氧化硅柵介質(zhì)，但是引入了新的多晶硅柵電極。

　　1971年：

　　英特爾推出首個(gè)微處理器-4004。4004的規(guī)格為1/8英寸X1/16英寸，包含2250個(gè)晶體管，采用英特爾10微米PMOS技術(shù)在2英寸晶圓上產(chǎn)生。

　　1985年：

　　英特爾386微處理器問世，含有275000個(gè)晶體管，是最初4004晶體管數(shù)量的100多倍。386是32位芯片，具備多任務(wù)處理能力，可同時(shí)運(yùn)行多個(gè)程序。最初是使用1.5微米CMOS技術(shù)制造的。

　　2002年：

　　英特爾發(fā)布了90納米制程技術(shù)的若干技術(shù)突破，包括高性能、低功耗晶體管，應(yīng)變硅，高速銅質(zhì)接頭和新型低-K介質(zhì)材料。這是業(yè)內(nèi)首次在生產(chǎn)工藝中采用應(yīng)變硅。

　　2007年：

　　英特爾公布采用突破性的晶體管材料-高-K金屬柵極。英特爾將采用這些材料在公司下一代處理器―英特爾酷睿2雙核、英特爾酷睿2四核處理器以及英特爾至強(qiáng)系列多處理器的數(shù)以億計(jì)的45納米晶體管中用來構(gòu)建絕緣“墻”和開關(guān)“門”，研發(fā)代號(hào)為Penryn.

　　2011年5月3日：

　　英特爾宣布將批量生產(chǎn)一種全新的晶體管設(shè)計(jì)。三柵極晶體管將在各種計(jì)算設(shè)備中（從服務(wù)器到臺(tái)式機(jī)，從筆記本電腦到手持式設(shè)備）實(shí)現(xiàn)前所未有的高性能和能效。