IBM показала GAA-транзисторы, заточенные под охлаждение жидким азотом

На мероприятии IEEE International Electron Device Meeting (IEDM), которое состоялось в Сан-Франциско в начале декабря, компания IBM продемонстрировала усовершенствованный КМОП-транзистор, который оптимизирован для охлаждения жидким азотом.

Источник изображения: Carson Masterson / unsplash.com

В GAA-транзисторах роль канала исполняет стопка кремниевых нанолистов, полностью окружённых затвором. IBM представила прототип процессора на основе таких транзисторов, изготовленных по технологии 2 нм. Данная технология, которая считается преемником актуальной FinFET, позволит размещать 50 млрд транзисторов на чипе размером с ноготь. Но ещё большей производительности поможет добиться сочетание этой технологии с охлаждением жидким азотом.

Исследователи обнаружили, что при температуре 77 К (-196 °C), при которой закипает азот, производительность транзисторов оказывается вдвое выше, чем при комнатной — около 300 К. Низкотемпературные системы предлагают два ключевых преимущества: меньшее рассеяние носителей заряда и меньшее потребление энергии, пояснил старший научный сотрудник IBM Жуцянь Бао (Ruqiang Bao). С уменьшенным рассеянием снижается сопротивление проводников, а электроны быстрее проходят через элемент. И при заданном напряжении удаётся добиться более высокого тока. При охлаждении транзистора до 77 К переход между состояниями «включено» и «выключено» производится при меньшем изменении напряжения, а значит, можно значительно снизить потребление энергии. Но остаётся ключевая проблема: с понижением температуры растёт пороговое напряжение, необходимое для создания проводящего канала между истоком и стоком или переключения в состояние «включено».

Современные производственные технологии не предлагают простых решений для снижения порогового напряжения, поэтому учёные в IBM избрали новый подход — сочетание различных металлических затворов и двойных диполей. Технология предусматривает применение пар транзисторов n- и p-типов с донорами и акцепторами электронов соответственно. КМОП-чипы проектируются таким образом, чтобы они формировали диполи на границе раздела транзисторов n- и p-типа — для этого используются различные металлические примеси. Такое решение позволяет снижать энергию, необходимую для прохода электронов через край зоны, а эффективность транзисторов повышается.