聊聊芯片制造 本文我尽量 通俗 地给大家解释一下 MOS管、FinFET、先进制程 等芯片制造领域的基础知识,让 没学过相关专业知识的...

世界杯足彩 724

来源:雪球App,作者: 咖啡豆3wt,(https://xueqiu.com/6358651299/314921233)

本文我尽量通俗地给大家解释一下MOS管、FinFET、先进制程等芯片制造领域的基础知识,让没学过相关专业知识的股民朋友也能看懂。方便我后面在写中芯国际、北方华创、中微公司、正帆科技等半导体板块公司的文章时,大家能更好地理解。

先看一个简单概念:二极管,高中物理讲过,二极管具有单向导电性。

具体讲,二极管有2个极:正极和负极(或阳极和阴极)。导通时,电流方向是阳极→阴极,反之则不通。

对标二极管,三极管中有3个极:基极、集电极和发射极。

对标三极管,我们今天要讲的主角是MOS管,也有3个极:源极、栅极、漏极。

MOS管是数字集成电路的基本构建模块之一,主要用于实现逻辑门。

它的三个极的作用是:源极和漏极之间可以导通,形成电流,但是否导通由栅极控制(栅栏的栅,但这里读shan,一声,栅栏可以拦住牛马,栅极可以拦住电流)。

通常源极和漏极的对称的,二者对调也不会影响器件性能(不重要)。

OK,往下走。看中芯国际的朋友们可能经常听到Finfet这个概念,这个其实是MOSFET的一种升级版结构:MOSFET→FINFET→GAAFET……

解释下MOSFET:金属(metal)氧化物(oxide)半导体(semiconductor)场效应晶体管(Field Effect Transistor)。

这东西按照工作原理还可分增强型、耗尽型等,不用细究。这里我简单解释:高中都学过电容器吧,两个导体夹着一块绝缘体,类似夹心饼干,给它一个电压,就能形成电场。

栅极结构就类似电容器,给它一个电压,就会在这个类似电容的结构中形成电场,电场可以控制沟道的导电性,进而控制源极漏极间的电流导通。

【网上随便找的图,gate是栅极,source是源极,drain是漏极,substrate是基底】

沟道可以理解为源极和漏极之间的距离,这玩意的长短对应着所谓的28nm、14nm工艺。沟道越短,芯片性能越好,制程也越先进,但制造难度也越大。

随着制程的不断发展(摩尔定律在相当长的时间里始终有效,但这一规律在近年来被打破),人们发现,沟道在较短的情况下,电流开始hold不住了,也就是说,无论我想不想让电流流通,它自己都能流通(因为沟道太短了),不仅如此,漏电流还急剧增大(漏电流导致高功耗,低效能,发热猛)。

这时候就有了FINFET路线,由前台积电首席技术官胡正明及其团队提出,这种路线的原理与MOSFET一样,但它改变了源极、栅极、漏极的形状,或者说组合方式。fin-鳍,因为源级形状像鱼鳍而得名,这是一种3D结构(MOSFET是平面结构,是2D的)。

【网上随便找的图,比较清晰地体现了FinFET结构】

FINFET的核心就是用立体结构取代平面器件,用来增强栅极的控制能力,也就是所谓的阻断短沟道效应。

随着制程进一步发展,当FINFET也不够用的时候,未来可能就会采用GAAFET或者更精妙的其他结构。

总之,制程提高的过程,就是人们试图不断缩短沟道长度的过程。这个过程中,总会有奇奇怪怪的、始料不及的问题不断产生,而工程师又会想尽一切办法试图解决这些问题,换结构、换材料、换工艺等等……逢山修路、遇水架桥。哦对了,图一中的栅介质材料写的是二氧化硅(SiO2),也是最常用的材料(栅介质就是前面所说的电容中的那个绝缘体,也就是夹心饼干的心)。

二氧化硅(SiO2)易得到,成本低,性能不错 ,且能减少厚度以持续改善晶体管效能。所以过去的处理器厂商一直在使用。

但由于随着芯片对二氧化硅厚度的要求越来越薄,二氧化硅这玩意遇到性能瓶颈了,因为已经薄到仅剩几层原子了,没法再薄了,再薄,就要漏电了。

所以各厂商就开始追求新材料作为栅极的介质材料,我们听到的High-K,Low-K之类的东西,就是在说新材料的某些特性(极化程度)。

新材料嘛,很容易想到,高端、技术含量大、蕴含很多投资机会。这部分我留在下篇文章,和正帆科技的前驱体部分一起来讲吧。

既然看到这儿了,就点个赞呗~

欢迎产业内的大神在评论区斧正或补充,爱你们

$中芯国际(SH688981)$ $北方华创(SZ002371)$ $中微公司(SH688012)$