Устройства с нанолистами позволяют настраивать конструкцию ячеек памяти в отличие от FinFET.
Индустрия логических микросхем движется к фундаментальному изменению структуры транзисторов. Сегодняшние транзисторы, называемые FinFET , уступят место устройствам, которые по-разному называются нанолистовыми транзисторами, многопозиционными канальными полевыми транзисторами и транзисторами с круговым затвором . Помимо стремления к созданию транзисторов, которые являются более производительными и имеют меньший размер, нанолисты добавляют степень свободы схемотехнике, которой не хватает FinFET. Ранее в этом месяце на IEEE International Solid-State Circuits Conference инженеры Samsung показали, как эта дополнительная гибкость приводит к созданию ячеек памяти на кристалле, которые могут быть записаны на сотни милливольт с меньшим потенциалом, что, вероятно, позволит сэкономить электроэнергию на будущих микросхемах.

Хотя компания Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. (TSMC)   планирует остаться с FinFET для своего процесса следующего поколения, 3-нанометрового узла, Samsung решила продвигаться вперед со своей версией нанолистов, многоструктурных полевых МОП-транзисторов (MBCFET). В FinFET-транзисторах область канала, часть транзистора, через которую протекает ток, представляет собой вертикальное ребро, которое выступает из окружающего кремния. Затвор накрывает плавник, закрывая его с трех сторон, чтобы контролировать прохождение тока через канал. Нанолисты заменяют плавник стопкой горизонтальных листов силикона. Калитка полностью окружает каждый лист. 

«Мы использовали транзисторы FinFET около десяти лет, однако на 3-нм технологии мы используем затвор вокруг транзистора», - сказал участникам виртуальной конференции вице-президент Samsung Electronics Тэджун Сон . Новый транзистор «обеспечивает высокую скорость, низкую мощность и небольшую площадь».

Но, как объяснили первые разработчики нанолистов в IEEE Spectrum , новая структура устройства добавляет гибкость конструкции, которой недостает FinFET. Ключевым моментом здесь является «эффективная ширина» или Weff канала транзистора. Как правило, более широкий канал может пропускать через него больше тока при заданном напряжении, эффективно уменьшая его сопротивление. Поскольку вы не можете изменять высоту ребра в FinFET, единственный способ повысить Weff с помощью современных транзисторов - это добавить больше ребер на каждый транзистор. Таким образом, с FinFET вы можете удвоить или утроить Weff, но вы не можете увеличить его на 25 процентов или уменьшить на 20 процентов. Однако вы можете изменять ширину листов в устройстве с нанолистом, поэтому схема, в которой они используются, может состоять из транзисторов с различными свойствами.

«В последнее время дизайнеры сталкиваются с множеством проблем, связанных с [достижением максимальной частоты устройства] и низким энергопотреблением», - сказал Сонг. «Благодаря такой гибкости конструкции SRAM… можно еще больше улучшить».

Сонг и его команда воспользовались этой гибкостью, чтобы улучшить производительность SRAM следующего поколения. SRAM - это ячейка памяти с шестью транзисторами, которая преимущественно используется в качестве кэш-памяти в процессорах, а также является одной из наиболее плотно упакованных частей логической микросхемы. Компания Samsung протестировала две схемы для улучшения запаса на запись SRAM - минимального напряжения, необходимого для переключения состояния ячейки. Это значение оказалось под давлением, поскольку межсоединения микросхем были сжаты, а их сопротивление, как следствие, увеличилось.

Шесть транзисторов SRAM можно разделить на три пары: проходные вентили, повышающие и понижающие. В конструкции FinFET Weff всех трех типов будет одинаковым. Но с устройствами на основе нанолистов команда Samsung могла вносить изменения. В одном они расширили проходные ворота и опорные площадки. В другом они сделали проход шире, а спуск уже.

Цель заключалась в том, чтобы уменьшить напряжение, необходимое для записи в ячейку SRAM, не делая ячейку настолько нестабильной, что при чтении она может случайно перевернуться. Две схемы, которые они придумали, использовали эту регулировку ширины - в частности, расширение транзисторов с проходным затвором по сравнению с подтягивающими транзисторами - для достижения ячейки SRAM, которая записывает при напряжении на 230 мВ ниже, чем в противном случае.