MosFET/FinFET/GAFET ——鳍式半導體還能走多遠

之前的文章介紹了一下關于晶片7nm/5nm/2nm制程。

以及有關光刻機的相關文章。

先進工藝下使用的FET大多為finFET。

目前廣泛使用的FET（場效應半導體）分為mosFET和finFET，finFET又可成為鳍式半導體或者3D半導體，mosFET可稱為平面半導體。

在網上找了一張mosFET和finFET的示意圖，以此說明兩者的差別。

上圖第一行為平面式mosFET，第二行為finFET，外狀酷似魚鳍。

下面主要分四部分介紹：

1.mosFET管工作原理

2.finFET工作原理

3.mosFET和finFET的優缺點

4.finFET發展前景

1、mosFET工作原理

從網上找了一張P襯底N阱工藝 mosFET原理圖。

Q1：mosFET有幾個端點？

mosFET有四個端點，分别為源極（S），漏極（D）,栅極（G），襯底（B）。

Q2：mosFET的S和D有差別嗎？

在不加電壓的情況呀，S和D是不做區分的。

Q3：mosFET工作過程？

首先在栅極施加控制電壓，也就是上圖中VGS>0，排斥P襯底中的多數載流子——空穴，在栅極下留下少數載流子——電子，這一過程是形成通路的前提條件。

其次施加電壓VDS>0，D端吸引電子，形成電流，電路導通。如圖所示，D端相比S端的耗盡區會更深，因為D端相比S端具有更大的電壓。

2.finFET工作原理

上圖是典型的finFET結構，黃色的部分為SIO2，相比較于mosFET把S和D變成3D結構，相對應的G端3面控制溝道的産生。

finFET于1999年誕生于加州大學，這一項想法主要為突破晶片25nm程序，解決mosFET由于制程縮小伴随的隧穿效應。

3.mosFET和finFET優缺點

①finFET有源區一般為輕摻雜，大大減小了粒子的散射作用，載流子遷移率大大提高，開關速度增加。

②finFET增加了栅極對溝道的控制面積，抑制短溝道效應，減小了亞門檻值洩漏電流，并且随着fin厚度的減小，控制能力不斷加強。

③由于對短溝道效應有着很強的抑制，對溝道有着很強的控制，因而可以更厚的栅氧化層（SiO2），減小栅洩露電流。

④由于更強的栅控能力，進一步縮短栅長，減小mos管面積。

4.finFET發展前景

為了使finFET具有更小的體積，更大的內建度，會不斷發展成如右圖所示的圓柱形，但基于目前的光刻矽片工藝，在短階段實作這一結構不太現實。

ISSCC前段時間，刊登了一篇來自SamSUNG的一篇GaFET結構，并且此結構聲稱已經用于SamSUNG的3nm制程。

正如上圖所示，G端四面環繞控制薄鳍。

一代代先進工藝的産生，推動摩爾定律一直前行。