高通研发NanoRings技术 有望在7nm工艺解决电容问题

目前，制造先进芯片离不开晶体管，其核心在于垂直型栅极硅，原理是当设备开关开启时，电流就会通过该部位，然后让晶体管运转起来。但业界的共识认为，这种设计不可能永远用下去，一招包打天下，总会到了终结的那天。IBM就开始着手探索新的设计，并把它命名为 Nanosheets，可能会在未来几年投入使用。而高通则似乎有着不同的想法。

联合芯片制造行业的大佬 Applied Meterials、Synopsys，高通针对5种下一代技术的设计候选方案进行了模拟与分析，探讨的核心问题是，独立晶体管和完整的逻辑门（包含独立晶体管在内）的性能表现有何不同。

结果发现，最后的“赢家”并非这5个候选方案中的任何一个，而是一款由高通工程师新设计的方案，叫做 NanoRings。

“设备工程师或工艺工程师，只是对某些非常有限的特征进行了优化”，高通公司首席工程师 S.C.Song 解释说。举例而言，在设备这一维度上，重点在于晶体管的栅极能很好地控制电流通过它的通道。然而，当转变成完整的逻辑门而不是单个的晶体管时，其他方面变得更加重要。值得一提的是，Song 和他的团队发现，设备的寄生电容——在转换过程中由于存在非预期的电容器结构而丢失——是真正的问题。

这就是为什么高通团队选择他们的纳米设计，而不是 IBM 的 Nanosheets。雷锋网了解到，高通将之称为 Nanoslabs。从侧面看， Nanoslabs 看起来像一堆两到三个长方形的硅板，每个平板被一个高k介电和一个金属栅极包围，栅极电压在硅中产生电场，从而使电流流过。

Nanoslabs 的晶体管结构包围着硅[粉色]，金属栅极[蓝色]与高k介电的[紫色]绝缘，这种结构导致寄生电容会阻碍性能。

用栅极电极完全包围着每个硅板，可以很好地控制电流的流动，但同时也引入了寄生电容，因为硅、绝缘子、金属、绝缘体、硅片之间的结构基本上是一对电容。

雷锋网注意到，Nanorings 通过改变硅的形状来解决这一问题，并且不完全填充金属板之间的空隙。在氢中烘烤设备会使矩形板拉长为椭圆形。这样就把它们之间的空间掐住了，所以只有高k介电完全包围着它们。金属门不能完全绕着，所以电容就少了。然而，门的电场强度仍然足以抑制电流的流动。

纳米技术减少了寄生电容，因为它不能完全填充硅与金属之间的空间。

高通公司工艺技术团队的副总裁 Chidi Chidambaram 表示，如果要把制程工艺降至7纳米及以下，电容缩放是最具挑战性的问题。尽管在这一模拟中取得了明显的胜利，但在未来的芯片中，晶体管的问题还远未解决。Song 和他的合作者计划用纳米材料继续测试电路和设备，他们还计划模拟更复杂的电路、系统，直到做出一部完整的手机。

雷锋网了解到，最后测试的结果或许是消费者最关心——如果智能手机在纳米技术上运行，那么它将准确计算出智能手机在正常使用一天后的剩余电量。

编译自 IEEE