Intel: tranzisztortechnológiai áttörés 45 nanométeren
Az Intel 2003-ban jelentette be, hogy elkészítette egy újfajta tranzisztor prototípusát, amelyről azt állította, legkorábban a 45 nanométeres csíkszélességű gyártástechnológiájában alkalmazza majd. A vállalat beváltotta ígéretét, a 45 nanométeres alkatrészek gyártásához valóban ezt az újfajta tranzisztort használja, amely több szempontból szakít az eddigi hagyományokkal és jelentős áttörésnek számít a félvezetőgyártás mintegy 40 éves történetében. Az Intel egyúttal azt is közölte, hogy elkészültek a 45 nanométeres csíkszélességű Penryn processzor első működő mintapéldányai.
Magas K együtthatójú dielektrikum
A vállalat kutatói a tranzisztorok immár 40 éve szilícium-dioxidból készített szigetelőrétegét egy magas K együtthatójú dielektrikumból készült szigetelőréteggel helyettesítették, míg a kapuelektródát polikristályos szilícium (poliszilícium) helyett fémből állították elő, más anyagból az n-csatornás (NMOS) és más anyagból a p-csatornás (PMOS) tranzisztorok esetében. Korábban komoly nehézségek merültek fel az olyan magas k állandójú anyagok felhasználása során, mint a hafnium-oxid vagy a cirkónium-oxid, ám az Intel kutatói állítják: megtalálták a szigetelőrétegnek megfelelő anyagot. Az új anyag alapja a hafnium, azonban a pontos összetétel az Intel titka marad. A magas K állandójú anyagokkal való összeférhetetlenség miatt vált szükségessé a poliszilícium kapuelektródák lecserélése is.
Az Intel állítása szerint az újítások segítségével tovább növelhető a tranzisztorok teljesítménye, miközben csökkenhet a szivárgási áram, amely ma a félvezetőipar egyik legnagyobb problémája. A szivárgási áram a félvezetők lezárt átmenetén létrejövő jelenség, amely szabad elektronok és lyukak kombinációjából származik és nanoamper nagyságrendű. A processzorok fogyasztása a működési feszültség csökkentésével mérsékelhető, azonban ahogy a tranzisztorok nyitófeszültsége (az a feszültségszint, amikor a tranzisztor "bekapcsol") tart a 0 Volthoz, a szivárgási áram nő és egyre nagyobb problémát okoz.
Az Intel első 45 nanométeres processzora, a Penryn
A szivárgási áram a lapkában található összes tranzisztorban jelen van, még azokban is, amelyek az adott időpillanatban nem aktívak -- az aktív tranzisztorok száma egy adott pillanatban általában 10 százalék körüli. Ezért a szivárgás rendkívüli módon növeli a disszipációt, ráadásul az áramkör bonyolultságával, a tranzisztorszám növekedésével együtt növekszik. A szivárgási áram -- mivel a tápfeszültséggel fordítottan arányos -- egy kisebb csíkszélességű gyártástechnológia bevezetésénél akár két-háromszorosára is nőhet, ezért a jelenség megnyugtató kezelése a kutatók elsőszámú feladata.
Az Intel által tömegtermelésben használt 65 nanométeres technológia esetében a tranzisztorok szilícium-dioxid szigetelőrétege rendkívül vékony, csupán öt atomi réteg vastagságú volt. A vállalat által most bevezetett új eljárás során vastagabb szigetelőréteget sikerült kifejleszteni egy hafnium-alapú anyagból, amelynek a szilícium-dioxidénál magasabb a K együtthatója. A K együttható egy anyag relatív permittivitását, vagy másképp dielektromos állandóját mutatja meg, amely az elektromos térben bekövetkezõ polarizáció (töltésszétválás) mértéke. A dielektrikumok esetében a minél magasabb K együttható elérése a cél.
Elkészült a Penryn
| Felfutó gyártás |
| A 45 nanométeres csíkszélességű gyártástechnológiát elsőként az oregoni Hillsboróban található D1D chipgyárában vezeti be az Intel, 2008 első félévére azonban már világszerte három üzem ontja majd a 45 nanométeres lapkákat: a hillsborói mellett az arizonai Chandlerben található Fab 32, illetve az izraeli Kiryat Gatban most épülő Fab 28. |
Az Intel összesen öt Penryn-alapú processzort készített, amelyek között megtalálható egy kétmagos és egy négymagos asztali, egy kétmagos és egy négymagos szerver-, valamint egy kétmagos mobil processzor. A kétmagos Penryn 410 millió tranzisztort tartalmaz (Core 2 Duo: 291 millió), a négymagos verziók két darab kétmagos lapka egybetokozásával készülnek. Az Intel tájékoztatása szerint a 45 nanométeres csíkszélességű lapkák esetében megmaradnak a jelenlegi teljesítményfelvételi- és hőtermelési adatok, a chipeket azonos fogyasztás mellett kívánják tovább gyorsítani.
Pezsgő helyett almalével ünneplik az Intel mérnökei a Penryn megszületését
Nyomulnak a versenytársak is
Múlt héten rendezett tájékoztatóján az Intel vezetői azon véleményüknek adtak hangot, hogy legalább egy generációval a versenytársak előtt járnak az új anyagok felhasználásával, azonban úgy tűnik, alábecsülték a konkurenciát. Az IBM és a vele szoros gyártástechnológiai kapcsolatot ápoló AMD is fémből készült kapuelektródát és magas K állandójú dielektrikumot alkalmaz majd a 45 nanométeres csíkszélességű gyártástechnológia során, amelyet 2008-ban kívánnak bevezetni -- mondta Bernie Meyerson, az IBM félvezetőgyártó részlegének vezetője. A Nagy Kék laboratóriumában már jelenleg is működnek olyan chipek, amelyek építéséhez már az új eljárást használták fel.