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龙8国际官网娱乐芯片制作工艺的 22 纳米级意味着什么?这儿的纳米单位是指什么?

2024-05-19 02:44:47 来源:龙8国际官网注册 作者:龙8国际官网唯一入口

  这是「国际半导体技能蓝图(ITRS)」[1] 用来区分半导体制程技能工艺代的节点数值。对此我在另一问题的答复中[2] 有具体阐明,可供参阅。

  归纳来说,它描绘了该工艺代下加工标准的精确度。它并非指半导体器材中某一具体结构的特征尺度,而是一类能够反映出加工精度的尺度的平均值。比方,在 DRAM 存储单元中,该数值与两条金属线最小答应距离的一半持平;在模仿电路的 MOSFET 中,它或许与最小答应的沟道长度持平。

  最直观地,它反映出:集成电路经过微电子制作工艺加工生产能到达更大的集成密度——

  在相同的面积中,有或许包容更杂乱的电路系统,相同功用的电路须占用的体积或许会更少;

  对同一电路系统,由于集成度的进步、信号物理途径的缩短,或许到达更大的运转速率;

  当然未必必定是长处,某些电路模块的功用或许便是供给大功率,它们的规划难度反而会添加。

  新的加工工艺或许会在半导体材猜中引进新的电学特性,由此或许会引出全新的规划方法;其他等等……

  在消费范畴,当工业界上线新的工艺代后,意味着原先工艺代的产品将会降价,一起同类产品的功能将跃迁入一个新的层次——业界常常称这种现象叫「摩尔定律」;

  由于微电子制程技能现在尚依靠「光刻」[3] 技能,而光刻的分辨率仍是有极限的,这也意味着,当工艺代进一步推动、尺度进一步缩小时,也不得不考虑未来加工工艺的开展方向和具体技能上的完结方法。

  线宽。实践规划中除了栅极,其他的规划尺度一般都大于工艺节点的尺度。即使是栅极也不都是运用最小线宽的。

  (这个图仅仅举个栗子,实践的22nm工艺现已运用金属栅极和双阱工艺而不是多晶硅栅和N阱工艺了)

  这是与非门和或非门的地图。白的是衬底层,红的是多晶硅层,蓝的是金属层。

  多晶硅栅极的最小线nm的。其他全部尺度都是要大于22nm的,具体各层线宽的最小值需求看该工艺的规划手册。

  至于为什么用栅极线宽而不是其他的线宽来表征工艺节点,是由于栅极宽度一般是整个规划中最重要的参数。

  晶体管(这儿只考虑MOSFET,不考虑BJT啥的)有四个电极:栅、源、漏、衬底。

  栅极是操控极,栅极和源极之间的的电压差,操控了漏极和源极之间的电流巨细。(便是个跨导啦)

  这个电流受许多要素影响:晶体管迁移率、绝缘层电容还有各种古怪的非理性效应等等。以上这些是完全由工艺决议的,不行规划的。一般情况下仅有能够规划的东西便是沟道宽长比。而沟道宽长比基本上便是晶体管栅极的长宽比(长沟器材能够直挨近似,短沟器材要加批改项)。

  最小线宽越小晶体管的最小尺度就越小,规划出来的芯片面积就越小,同一块晶圆就能塞下更多相同功用的芯片,芯片的价格就越廉价。(当然这儿只考虑了生产本钱)

  并且新工艺在漏电、截止频率方面都是优于老工艺的,一般作业电压也会稍稍下降,规划出来的芯片功耗能够更低,作业频率能够更高。

  由于相关于数字电路,模仿电路一般需求驱动更大的负载,所以需求运用大尺度器材。你最小尺度缩得再小人家也用不了。。。对模仿电路来说新工艺首要是截止频率和迁移率上的差异。

  作为国内某Fab PE(process engineer,工艺工程师),无药怒答一波。

  在看完楼上的那些答复后,有两个感悟。一个是百度和大学害死人,还有一个是真实的fab PE怎样会有时刻来知乎!!

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  关于芯片工业而言,最重要的一个技能目标的衡量便是要害尺度(critical dimension,简称CD),这表明一个fab乃至是当时的芯片制作业所能到达的最小的工艺水平。可是这并不是表明一切的工艺都有必要要用22nm完结,仅仅在一些最要害的部位,例如楼上所说到的沟道长度,其工艺的水平直接联系到最终做出的器材和全体的芯片的功能,所以越小越好。也不是说无止境的小,仅仅在经过各种手法将CD缩小后带来的负面效应下降到能承受的规模后所能到达的最小线宽。

  这儿的nm单位便是你正常物理认知的nm单位,没有什么特别的意义。不需求惊奇,咱们PE也都好歹是高考过来的。

  晶体管栅极的效果就适当于你家点灯的开关相同,它则是每个mos管的开关。说的专业点,关于一个mos管而言,在会在必定的电压下开端作业,而这个电压被称为阈值电压,阈值电压便是加在栅极上。栅极下方对应的便是称为沟道的区域,当栅极电压小于阈值电压时,沟道不导电,大于阈值电压,沟道中就会有许多的正负电荷进行导电,他们被称为载流子。能够去搜两张mos的结构图便于了解。(这儿的区域指的是mos管两头的源极和漏极,自行百度,不赘述。)

  它的长度能够了解为两地的旅程。载流子从一个区域到别的一个区域需求跑路吧?跑路有远近吧?旅程短了跑的就快了吧?跑的快了器材速度就快了吧?每个器材的速度都提上去了安兔兔2W,3W跑分就不是梦了吧?恩,便是这么简略。

  当然不是。这个首要从一个具体完结的视点来讲,你不或许无限短下去,制作业也是工业啊,工业是有极限的。限于机器限于人力。然后从科学的视点来讲,当你沟道短到必定程度后,和你传输电流的载流子巨细挨近,你能够幻想一下你要参与跑步,成果结尾就在你起点转个身的方位,那你底子不必跑啊。同理,当你带点的载流子不跑就能到对面的那个区域,同学,你这不是短路是什么?在mos管不加点的情况下就通电了,这还怎样玩?你家电闸的开关不论什么时分都是翻开的状况,你幻想下这日子怎样过。再说的科学一点,附加阐明上一条答案,器材的功能并不是和长度线性相关的,而是和一个叫宽长比的物理量相关,当然这也不是线性的。在微电子的国际里线性这个概念都是在许多束缚下才干树立的。至于宽长比则是你的栅极的宽度和长度的比,也是你沟道宽度长度的比。这个再展开讲我能够给你讲半本模电半本半导体器材的书了。不再赘述,求知欲强的话找个靠谱的网站自行学习吧。

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  国内Fab圈子太小,匿了匿了。尽管大部分工程师都不逛知乎,可是不扫除被人肉的或许,留点小秘密吧。

  我仅仅个学生,简略答复下自己知道的吧。话说你标题的问题我没太懂,按我的了阐明。我想你会重视这个问题,是由于Intel最近的新款CPU Ivy Bridge的新闻,大约上一年5月份的事,Intel推出了三栅极(Tri-Gate)晶体管。关于咱们这行,肯定是一次革命性的腾跃,如@李楠@李享所说,更小的管子带来更高的集成度,更低的功耗等等优点(至于峰值频率我持怀疑态度),Tri-Gate使得反型层面积添加,能够用于更高的驱动电流。用过不同工艺仿真的我切身体会到工艺所带来功能的进步。

  s/en/silicon-innovations/standards-22-nanometers-fun-facts.html?wapkw=3-D%20Tri-Gate

  从功能来说,与之前的32n平面晶体管比较,Tri-Gate单晶体管功耗下降50%(究竟这个官方描绘,我记住看过报导,单管和实践运用全体距离仍是挺大的,没那么省功耗。),功能提高37%。即在管子在“开”的情况下,尽或许的流过更多电流;在“关”情况下,流过最少的电流;并且两者转化速度快。

  s/en/silicon-innovations/standards-22nm-3d-tri-gate-transistors-presentation.html?wapkw=3-D%20Tri-Gate

  1000 000 000 nm=1 m,我想你问的更或许是指22n指什么长度,从工艺视点来说,指芯片上晶体管和晶体管之间导线连线的宽度,俗称“线. 关于晶体管栅极

  栅极的原料决议了一个叫“阈值电压”(Vth)的东东,而栅-源电压(Vgs)和这个Vth的差能够改动栅极下方区域的导电才干。说的有点理论了,假如感兴趣最好找本集成电路或是半导体相关的书,最简略的了解便是:栅极电压能够操控管子的电流,也便能够完结模仿电路中的增益特性,还能够完结数字电路中的开关特性(CPU是数字电路)。

  栅极的长度是个十分重要的目标,在规划中是依据电路规划调整的,其最小长度也能够了解为工艺长度(如22n,形似一般会比工艺大一点,我不确认)。在极限之前,形似是量子物理吧,自然是和工艺长度相同越小越好。尽管也会有些问题

  当然,越小越好对用户来说是肯定正确的(除了价格问题,呵呵),关于规划者来说,特别模仿规划,苦比哇...

  关于Intel这个22n的Tri-Gate,个人觉得首要针对的是移动商场,Intel Atom总拼不过ARM,用上新工艺,期望效果显著,好坐等看各种手机、平板大战,哈哈!

  这个22纳米有个专门的名字叫技能节点(technology node)的特征尺度(critical dimension, CD)

  看到一些答复所说的是十几年前的概念了,这儿弥补阐明一下在不一起期(至1 nm节点)那个特征尺度指的都是什么。

  直到2004年(90 nm节点),特征尺度的意义是比较直观的,基本上就直接对应晶体管的巨细,即半距离(

  ,half-pitch)。那时分的尺度减缩比较单纯,还没有碰到栅控才干缺乏、散热等各种古怪问题。

  后来就碰到了那些问题,特征尺度的意义就含糊了。人们给这种改变找了个说法,叫尺度减缩由几许减缩(Geometrical scaling)转为等效减缩(Equivalent scaling)。说白了大约是:咱们无法再像曾经那样缩了。

  2010年记载的特征尺度与半距离、栅长的联系。他们对2020年的猜测仍是有点达观了

  英特尔:等等,你这个只适当于我的10纳米。台积电:我不论,是我先发的。。那段时刻,像一些答案说的,特征尺度还基本上是

  如同也不叫什么特征尺度、要害尺度、CD了。究竟,特征尺度这个概念是光刻板里的,就表明最小线宽。

  IEEE再次给这波失约找了个说法,[2]叫从等效减缩转变为三维功率减缩(3D Power Scaling)。

  IEEE. (2018). the International Roadmap for Devices and Systems.

  专业的东西就不赘述了。有个挺好的比方,芯片加工比如在印钞票,晶圆便是纸,光刻(及其他工艺流程)便是把纸变成钞票的印钞机,最终把芯片卖了就换成了真的钞票。

  假如印钞机的印刷速度不变(芯片加工的各种物理化学反应的速率基本是确认的),如安在相同的时刻印刷更多钞票呢?两个方向:1. 增大纸张的面积(当然印钞机也要更新换代习惯大的纸张);2. 在保值的情况下缩小每张钞票的面积。这刚好对应了如今芯片制作工艺开展的两个方向:1. 运用更大的晶圆(现在如同在搞450mm);2. 缩小晶体管尺度,便是缩短沟道长度(现在商场上是22nm,未来将继续缩小)。

  Intel,TSMC什么的,说白了意图便是要赚钱。小的晶体管带来的功能提高当然不错,但资本家们明显更重视赢利的最大化:最大化“印钞机”的速率。当然对外声称不能这么光秃秃,仍是要说“缩小晶体管是为了增强功能,提高用户体会 blablabla”。

  意味着你要花钱更新的CPU了,当然这是扯淡的线纳米三栅极晶体管的栅极十分小,人的一根头发的宽度就能包容超越4000个栅极。

  假如一幢一般房子依照晶体管的开展速度继续缩小,那么它现已小到你只要经过显微镜才干看到它。要想用肉眼看到22纳米的晶体管,你有必要把一块芯片扩大到比房子还大。

  与英特尔1971年推出的首款4004微处理器比较,22纳米CPU的运转速度进步了4000多倍,而每个晶体管的能耗则下降了5000倍。每个晶体管的价格下降到本来的1/50000。

  一个22纳米晶体管可在1秒钟之内开关1000亿次。一个人开关这么屡次电灯,差不多需求花2000年时刻。

  22纳米意味着集成电路集成度会更高,一个晶圆(wafer)上能够流出更多的芯片,意味着原材料本钱的分摊。并且特征尺度越来越小也意味着晶体管开关速度的提高,以及芯片功耗的下降。

  不知道题主说的“纳米单位”是什么意思,依照个人了解来答复吧。纳米是长度单位,22纳米指的是晶体管的

  这儿如同需求讲一个概念,上面的答案都说晶体管栅长晶体管栅长的,其实只要

  有栅(Gate)这个概念。一般说的晶体管指的是晶体三极管,三极管包含了

  ,双极型晶体管的三端别离被叫做发射极(E),基极(B),集电极(C),而场效应管的三端别离被叫做

  的人应该有形象,模电书上画的晶体管都是以E、B、C标示的三端吧...不过现在用得比较多的是场效应管。

  以MOS管为例,当栅、源、漏三端之间的电压联系满意必定条件时(该条件依据是NMOS仍是PMOS会有很大的不同,依据栅长会有较小的不同,具体能够参阅拉扎维和Sansen的书),源端和漏端之间通道就会被翻开,电流会从一端流向另一端(具体流向取决所以NMOS仍是PMOS)。

  想随意了解一下的请百度和维基,想具体深化了解的,请参阅模仿三大圣经..

  太难答复了,看了下上面的答案,附和@acalephs(个人感觉这个答案比其他的靠谱),不知道是不是由于问题被批改的原因

  在有匹配的工艺前提下,越短越好,也便是说,22nm工艺的芯片当然比32nm的好(管子尺度越小,集成度越高,开关速度更快,功率也越低)。

  一般在推导公式的时分,为了简化会省掉掉一些项,理由是“影响太小”,在树立模型时,为了简化模型,一般会省掉掉一些寄生效应,理由是“影响能够疏忽不计”,可是跟着特征尺度越来越小,这些寄生效应就越来越不行疏忽,一些小的漏电流也不行被忽视,假如不加以批改的话,短沟器材和长沟器材之间的不同会十分大。

  并且半导体器材自身也是有物理极限的,原子再小,也是有直径的啊,硅原子直径是纳米级的。

  并且跟着特征尺度越来越小,栅极和有源区(D/S)之间的绝缘层也会越来越薄,会导致很简单被电压击穿。

  并且越短越好也是对数字电路而言吧,模仿电路现在用点13~点18的比较常见吧(0.13um、0.15um、0.18um)

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  年末intel要发布14nm移动版的处理器,高功能,低功耗,农企仍是28nm、、、

  要不是怕被弄断查询,14nm估量早就发布了,就如同今年年末也仅仅是发布移动渠道的处理器,我信任,14nm的技能几年前或许就现已被intel把握。

  现在干流先进制程一般运用12英寸的晶圆,工艺尺度越小,在同一个晶圆上相同地图规划的芯片就会多放一倍(以摩尔定律为例),最优化条件下本钱下降一倍。所以会看到半导体工业不断的减小器材尺度。

  半导体制程中此22纳米指的是器材中On rule器材的尺度,而不是最小的。

  工艺尺度仅仅指一个代代,说是22纳米仅仅说规划上这么做,真实工艺上完结起来或大或小,工艺中完结起来有这样那样的问题。

  22纳米现在算比较先进的制程,现在最先进的是14纳米,现在看到比较靠谱的能够到7纳米。


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