三栅极晶体管

英特尔公司5月4日宣布在晶体管发展上取得了革命性的重大突破。英特尔将推出被称为三栅极(Tri-Gate)的革命性3-D晶体管设计，并将批量投产研发代号Ivy Bridge的22纳米英特尔芯片。

五十多年来，2-D晶体管不仅一直在计算机、手机、消费电子产品中得到了广泛应用，还用于汽车、航空、家用电器、医疗设备以及数千种日用设备的电子控制中。这款3-D三栅极晶体管代表着从2-D平面晶体管结构的根本性转变。

这一革命性成果，其关键在于英特尔能够把全新的3-D三栅极晶体管设计投入批量生产，开启了摩尔定律的又一个新时代，并且为各种类型的设备的下一代创新打开了大门。

自从1947年晶体管问世以来，晶体管技术飞速发展。摩尔定律这样预测了硅技术的发展步伐：晶体管密度大约每两年便会增加一倍，同时其功能和性能将提高，而成本则会降低。40多年以来，摩尔定律已经成为半导体行业的基本商业模式。 



实现前所未有的能耗节省和性能提升

据介绍，英特尔的3-D三栅极晶体管使芯片能够在更低的电压下运行，并进一步减少漏电量，与之前最先进的晶体管相比，它能提供前所未有的更高性能和能效。这些能力让芯片设计师可以根据应用的需求灵活地选用低能耗或高性能晶体管。

与之前的32纳米平面晶体管相比，22纳米3-D三栅极晶体管在低电压下将性能提高了37%。这一惊人的改进意味着它们将是小型手持设备的理想选择，这种设备要求晶体管在运行时只用较少的电力进行“开关”操作。全新的晶体管只需消耗不到一半的电量，就能达到与32纳米芯片中2-D平面晶体管一样的性能。

英特尔高级院士马博(Mark Bohr)表示：“英特尔独一无二的3-D三栅极晶体管实现了前所未有的性能提升和能耗节省。这一里程碑的意义要比单纯跟上摩尔定律的步伐更为深远。低电压和低电量的好处，远远超过我们通常从一代制程升级到下一代制程时所得到的好处。它将让产品设计师能够灵活地将现有设备创新得更智能，并且有可能开发出全新的产品。我们相信这一突破将进一步扩大英特尔在半导体行业的领先优势。”

继续创新步伐——摩尔定律

根据以英特尔联合创始人戈登·摩尔命名的摩尔定律，晶体管将变得越来越小、越来越便宜，并且能效越来越高。正因为如此，英特尔一直坚持推动创新和集成，为每个芯片添加更多功能和计算内核，从而提高性能，并降低单个晶体管的制造成本。

要在22纳米制程时代延续摩尔定律，这是一项异常复杂的技术。英特尔的科学家们在2002年发明了三栅极晶体管——这是根据栅极有三面而取名的。得益于英特尔高度协同的研究-开发-制造技术的集成作业，本次宣布的技术突破是多年研发的成果，也标志着这项成果开始进入批量生产阶段。

3-D三栅极晶体管实现晶体管的革命性突破。传统“扁平的”2-D平面栅极被超级纤薄的、从硅基体垂直竖起的3-D硅鳍状物所代替。电流控制是通过在鳍状物三面的每一面安装一个栅极而实现的(两侧和顶部各有一个栅极)，而不是像2-D平面晶体管那样，只在顶部有一个栅极。更多控制可以使晶体管在“开”的状态下让尽可能多的电流通过(高性能)，而在“关”的状态下尽可能让电流接近零(低能耗)，同时还能在两种状态之间迅速切换。


就像摩天大楼通过向天空发展而使得城市规划者优化可用空间一样，英特尔的3-D三栅极晶体管结构提供了一种管理晶体管密度的方式。由于这些鳍状物本身是垂直的，晶体管也能更紧密地封装起来——这是摩尔定律追求的技术和经济效益的关键点所在。未来，设计师还可以不断增加鳍状物的高度，从而获得更高的性能和能效。