Forksheet：CMOS过渡期的晶体管

新的设备架构缩小了逻辑单元。

最先进的计算机处理器制造商正在经历十年来器件架构的第一次重大变革，即从鳍式场效应晶体管（FinFET）转变到纳米片（nanosheet）。再过十年，也许还会出现一次根本性的变革，即纳米片堆叠在一起形成互补场效应晶体管（CFET），可将某些电路的尺寸减小一半。但专家表示，后面这次变革可能相当艰难。而介于两者之间的叉板晶体管（forksheet）可能不需要太多工作，即可保持电路尺寸缩小。

比利时微电子研究中心（Imec）负责逻辑技术的副总裁朱利安·瑞卡特（Julien Ryckaert）说，forksheet的想法来自探索纳米片架构的限制点。纳米片的主要特点是水平堆叠被电流控制栅极围绕的硅带。尽管纳米片最近才开始生产，但几年前，专家就已经在寻找其限制点了。瑞卡特说，比利时微电子研究中心需要弄清楚“纳米片在哪一点开始失效”。

瑞卡特的团队发现，在构成互补金属氧化物半导体（CMOS）逻辑的N型金属氧化物半导体（NMOS）和P型金属氧化物半导体（PMOS）两种类型晶体管之间，必须保持一定的间隔距离，限制削弱器件性能和影响功耗的电容。这一间隔限制了基于纳米片的逻辑的缩小。“forksheet是打破这种限制的一种方式。”瑞卡特说。

与单个纳米片器件不同，forksheet的构建方案是在介电壁两侧成对放置。（其实不太像叉子。）比利时微电子研究中心的CMOS技术主管堀口直人（Naoto Horiguchi）说，介电壁可使器件紧密放置，而不会产生电容问题。他说，设计者可以用新增的空间来缩小逻辑单元，也可以利用现在的空间制造更宽的晶体管，实现更好的性能。

“CFET可能是最终的CMOS架构。”堀口直人在谈到比利时微电子研究中心预计2032年左右投入生产的器件时说。不过他补充道，CFET“集成非常复杂”。他说，forksheet将重新使用大多数纳米片的生产步骤，这样可能会比较容易。比利时微电子研究中心预计2028年左右准备生产。

不过，仍有许多障碍需要克服。从生产角度说，介电壁就是个问题。先进CMOS中使用了几种类型的电介质，蚀刻也涉及几个步骤。制造forksheet意味着蚀刻其他组件时，不会意外破坏介电壁。堀口说，在介电壁的两侧应该放置哪种类型的晶体管，这仍然是一个悬而未决的问题。相比在介电壁一侧放置PMOS、另一侧放置NMOS，在介电壁两侧放置两种类型的晶体管，可能更有优势。

作者：Samuel K. Moore