Выступая на европейском технологическом симпозиуме представитель TSMC заявил, что в лабораториях компании уже есть рабочие микросхемы с транзисторами CFET или комплементарными FET (Сomplementary FET). Однако до выхода технологии на рынок ещё очень далеко. CFET находятся на очень ранней стадии разработки и до их массового производства на рынке ещё успеют появиться несколько поколений других типов транзисторов.

Источник изображения: TSMC

Перед CFET ожидается выход GAA-транзисторов с круговым затвором, которые TSMC собирается представить с грядущим 2-нм технологическим процессом N2. CFET-транзисторы станут идейными наследниками GAAFET и предложат преимущества над GAAFET и FinFET в аспектах энергоэффективности, производительности и плотности размещения транзисторов. Однако все эти преимущества — пока лишь теория, которая зависит от того, смогут ли инженеры преодолеть значительные технологических сложности, связанные не только с производством, но самой разработкой этого типа транзисторов.

В частности, как отмечает TSMC, для производства транзисторов CFET потребуется применение чрезвычайно точных инструментов литографии для возможности интеграции в конструкцию транзистора и расположения рядом друг с другом полупроводниковых элементов n-типа и p-типа, а также применение максимально качественных материалов, обладающих необходимыми электрическими свойствами.

Как и любой производитель чипов, компания TSMC ведёт разработку и исследование разных типов транзисторов. И те же CFET разрабатывает не только она одна. Этот вопрос также исследует, например, компания Intel. Однако TSMC первой сообщила, что получила в лабораторных условиях работающие CFET. Теперь задача компании состоит в том, чтобы понять, как эти транзисторы вывести на массовое производство. По словам тайваньского контрактного производителя чипов, случится это точно не в ближайшем будущем.

«Позвольте мне прояснить то, что изображено на нашей дорожной карте. Всё, что находится далее нанолистов — это вопрос далёкого будущего. Мы продолжаем работу по нескольким направлениям. Я также хотел бы добавить по поводу одномерных транзисторов <…> Сейчас все [типы транзисторов] исследуются на предмет возможности стать кандидатом на будущее производство, однако мы не можем точно сказать, какая именно архитектура транзисторов будет использоваться после нанолистов», — прокомментировал вице-президент по вопросам технологического развития TSMC Кевин Чжан.

По словам Чжана, TSMC в течение нескольких лет планирует использование GAA-транзисторов для производства чипов. «Применение нанолистов начнётся с 2 нм. Логично предположить, что нанолисты будут использоваться как минимум в течение пары последующих поколений. Поэтому если говорить о CFET… мы использовали те же FinFET в течение пяти поколений, то есть более 10 лет», — добавил он.

На отраслевой конференции ITF World 2023 в бельгийском Антверпене генеральный менеджер по развитию технологий Intel Энн Келлехер (Ann Kelleher) рассказала о последних разработках компании в нескольких ключевых областях. Одним из самых интересных откровений этого выступления стало то, что в будущем Intel будет использовать многослойные транзисторы CFET или комплементарные FET (Сomplementary FET).

Источник изображений: Intel

Intel впервые отметила многослойные транзисторы CFET в рамках своей презентации, однако Келлехер не назвала сроки начала производства чипов с такими транзисторами. Сама технология комплементарных FET была впервые представлена международным научно-исследовательским центром Imec в 2018 году.

На изображении выше можно увидеть внешний вид транзистора CFET в представлении компании Intel (обведён красным кругом). В нижней части изображения представлены старые поколения транзисторов, а 2024 год ознаменовывает переход Intel на использование новых RibbonFET — транзисторов с нанолистами и круговым затвором (nanosheet GAAFET). Они будут выпускаться с использованием техпроцесса Intel 20A и содержать четыре нанолиста, каждый из которых будет окружён затвором. По словам Келлехер, разработка RibbonFET ведётся в соответствии с графиком, и они должны дебютировать в следующем году. В RibbonFET используется конструкция с окружающим затвором, позволяющая увеличить плотность транзистора, повысить скорость его перехода из одного состояния в другое и при этом без значительных жертв с точки зрения энергопотребления.

Стилизованное изображение CFET-транзистора Intel выше несколько отличается от первых изображений этих транзисторов, представленных Imec (показаны ниже), но в целом Intel своим изображением передаёт их суть — в CFET будут использоваться восемь нанолистов, что вдвое больше, чем у RibbonFET. Это позволит ещё сильнее повысить плотность транзисторов. Для сравнения, на изображениях ниже также показаны другие типы транзисторов (планарный FET, FinFET и RibbonFET).

Конструкция CFET-транзистора предполагает расположение рядом друг с другом полупроводниковых элементов n-типа (pFET) и p-типа (pFET). В настоящий момент рассматривается два варианта CFET-транзисторов — монолитные (monolithic) и последовательные (sequential). Второй вариант отличается более высокой и широкой конструкцией. В правой части изображения ниже представлены четыре варианта конструкции CFET-транзисторов. Какой из них в конечном итоге выберет Intel — неизвестно. И узнаем мы это нескоро, поскольку Imec считает, что CFET-транзисторы появятся на рынке не ранее момента, когда техпроцесс производства чипов не сократится до уровня 5 ангстрем, что в свою очередь ожидается не ранее 2032 года.

Источник изображения: Imec

Конечно, никто не исключает, что Intel не будет следовать этим временным рамкам и придёт к выпуску новых транзисторов гораздо раньше. Примечательно, что на продемонстрированном компанией изображении переход к CFET-транзисторам идёт после нанолистовых GAA-транзисторов RibbonFET, минуя разветвлённые GAA-транзисторы (forksheet GAAFET), которые рассматриваются отраслью в качестве переходного звена от нанолистов к CFET. Конструкция разветвлённых GAA-транзисторов отображена на изображении выше — второй рисунок слева.

Поскольку презентационный слайд Intel оказался не очень детальным, вполне возможно, что компания тоже планирует использовать разветвлённые GAA-транзисторы перед переходом на CFET, но пока просто не готова поделиться информацией на этот счёт.