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Ab 2022 in 3 nm: Samsungs Multi Bridge Channel FET als Zukunft der Halbleitertechnik

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mbcfetSamsung stellt mit den Multi Bridge Channel FETs (MBCFET) die nächste Generation der Feldeffekttransistoren (FET) vor. Diese sollen alle aktuellen physikalischen und elektrischen Schranken umgehen können und ab 2022 bei Samsung in der Massenfertigung in 3 nm zum Einsatz kommen. Bereits 2021 soll es aber erste Samples geben.

Bereits Anfang 2019 sprach Samsung erstmals über das Thema, fügt diesem nun aber weitere Details hinzu.

Durch den Einsatz der MBCFETs verspricht sich Samsung eine Einsparung von 50 % hinsichtlich der Leistungsaufnahme, ein Leistungsplus von 30 % und eine Einsparung der Chipfläche um 45 %. Ein nicht näher spezifizierter 7-nm-Prozess wird als Vergleichsbasis herangezogen. MBCFETs sollen laut Samsung die gleichen Fertigungswerkzeuge wie FinFETs verwenden, was eine Umstellung recht einfach machen soll.

Gate-All-Around-Transistoren sind bei allen großen Halbleiterherstellern in der Entwicklung. GAA-Transistoren sind Feldeffekttransistoren (FET), deren Gates auf allen vier Seiten um ultradünne Kanäle gewickelt sind. Diese verbesserte Gate-Steuerung des Kanals überwindet die physikalischen Skalierungs- und Leistungsbeschränkungen von FinFETs und ermöglicht eine weitere Skalierung der Versorgungsspannung.

GAA-basierte FETs (GAAFETs) können in einer Vielzahl von Formfaktoren vorliegen. Einige Forschungsarbeiten haben sich auf GAAFETs auf der Basis von Nanodrähten konzentriert, wobei die GAAFETs so klein wie möglich sein sollten. Diese Art von GAAFETs sind in der Regel für Designs mit geringer Leistung nützlich, lassen sich aber nur schwer herstellen. Eine andere Implementierung macht den Kanal aus ultradünner Horizontalebene, was Vorteile in Bezug auf Leistung und kontinuierliche Skalierung bietet. Dieser GAAFET auf Nanoblechbasis ist das, was Samsung einen Multi-Bridge Channel FET oder MBCFET nennt.

Die MBCFET-GAA-Technologie stellt sicher, dass sich das Gate nicht nur auf der Oberseite und den Seiten des Kanals befindet, sondern auch unterhalb des Kanals. Diese horizontale Gate-Wrap-around-Architektur ermöglicht einem GAA-Design eine hohe Flächeneffizienz, da die Transistoren vertikal und nicht seitlich gestapelt werden. Während die Transistorbreiten in FinFET-Designs von Natur aus quantisiert sind, bietet MBCFET GAA den Designern Flexibilität bei der Auswahl der Transistorbreiten wie bei herkömmlichen planaren Bulk-Technologien.

Intel arbeitet ebenfalls an gestapelten Transistoren

Wie gesagt: Alle großen Halbleiterhersteller arbeiten an GAA-Transistoren. Bei Samsung heißen diese nun MBCFET, Intel hat noch keinen eigenen Namen für seine nächste Generation der 3D-Transistoren. Bisher war hier immer die Rede von Nanoribbon Gate-All-Around Transistors, was in etwa genau die Umsetzung von Samsungs MBCFETs beschreibt. Vor einigen Jahren sprach Intel davon ab 2023 erste GAA-Transistoren zu verwenden. Ob diese Zeitpläne noch aktuell sind, ist nicht bekannt.

In der Fertigung werden alle Hersteller noch einige Hürden nehmen müssen. Bei gestapelten Transistoren sorgen Defekte beispielsweise dafür, dass nicht ein einzelner Transistor nicht funktionsfähig ist, sondern durch einen Cascaden-Effekt meist auch die weiteren im Stapel.

Samsung will die Fertigung in 3 nm mit MBCFETs in allen Bereichen der Auftragsfertigung anbieten: HPC-Chips, 5G, Automotive und AI. Es handelt sich nur um eine erste Ankündigung seitens Samsung. Weitere Details werden sicherlich folgen.