С каждым поколением компьютеры и смартфоны становятся всё быстрее, мощнее и эффективнее. Развитие электронных устройств прежде всего обусловлено стремительной эволюцией крошечных микрочипов, которые лежат в их основе. Согласно эмпирическому закону Мура, количество транзисторов, которые по сути являются ДНК любой аппаратной технологии, удваивается каждый 24 месяца. Поскольку транзисторы располагаются горизонтально, возможности их размещения на подкладке без изменения её размера рано или поздно будут исчерпаны. IBM и Samsung анонсировали VTFET – инновационную технологию вертикального размещения транзисторов, которая позволит и дальше стабильно увеличивать их количество в соответствии с темпом, предсказанным законом Мура.
Исторически сложилось так, что транзисторы стали располагать на полупроводниковой подложке горизонтально. При этом электричество протекает по ним горизонтально – из стороны в сторону. Типичный полевой транзистор имеет три ключевых элемента: исток, сток и затвор. Носители заряда направляются из истока в сток, а руководит этим процессом затвор, на который подаётся управляющее напряжение. За предотвращение нежелательного взаимодействия между расположенными рядом транзисторами отвечает «ложный» затвор. Впрочем, одного лишь ложного затвора недостаточно, потому между транзисторами необходимо сохранять безопасный отступ, который называют контактным шагом. По словам главного научного сотрудника IBM Хеманта Джаганнатана, эволюцию микрочипов можно сравнить с ловушкой из фильмов ужасов, в которых стены комнаты неожиданно начинают сдвигаться. Специалистам необходимо разместить максимальное количество транзисторов в ограниченном пространстве без ущерба функциональности конструкции. Однако в какой-то момент это станет невозможным.
Технология VTFET позволит монтировать транзисторы перпендикулярно подложке, изменив направление движения электронов. В отличие от технологий вроде FinFET, нанолист и т. п., в которых исток, сток и затвор располагаются в горизонтальной плоскости, при вертикальном дизайне все эти структуры размещаются перпендикулярно подложке. Таким образом по мере наращивания слоёв на плате функциональные элементы транзистора оказываются чётко друг над другом. Кроме того, VTFET не нужны «ложные» затворы: транзисторы разделяет так называемая узкощелевая изоляция, которая занимает значительно меньше места. В сравнении актуальными технологиями монтажа транзисторов VTFET позволяет вместить примерно в 5 раз больше полуповодниковых приборов в пределах одинаковой площади подложки.
Во время лабораторных испытаний эксперты IBM отметили в чипах, выполненных по технологии VTFET, уменьшение электрического сопротивления на 50%, что также отразилось в снижении потребления электроэнергии на 85%. В ходе дальнейших тестов специалисты продолжат наблюдать за различными показателями эффективности, в том числе и за тем, насколько легко электричество проходит через вертикально установленные транзисторы, меняя их состояние с открытого на закрытое и наоборот.
За последние 80 лет дизайн полевых транзисторов проделал долгий путь. Модель FinFET пришла на замену традиционным MOSFET транзисторам, которые существовали ещё с 1960-х годов. Несколько лет назад в мире микрочиповых технологий дебютировала архитектура нанолист или GAAFET, особенность которой заключается в том, что затвор транзистора окружает канал не с трёх сторон, как в «плавниковой» технологии FinFET, а с четырёх, существенно уменьшая вероятность утечек тока. Сложность инноваций данной отрасли состоит в том, что индустрии микроэлектроники нужно немало лет, чтобы начать глобальное внедрение новых архитектур в производство. К примеру, технология FinFET ждала своего времени на протяжении 14 лет, и та же участь ожидает модель GAAFET, которая до сих пор не достигла стадии производства.
