تراشه‌سازان برای لیتوگرافی پیشرفته‌تر از سه نانومتری سراغ ترانزیستور GAA-FET خواهند رفت

مهاجرت از ترانزیستورهای دووجهی به ترانزیستورهای ساخته‌شده برپایه‌ی تکنیک فین‌فت (FinFET) باعث شد قانون مور در دَه سال اخیر همچنان پابرجا باقی بماند؛ اما به‌نظر می‌رسد که حتی طراحی فین‌فت نیز کم‌کم قصد دارد جایش را به طراحی جدیدی بدهد. ترانزیستورهای GAA (مخفف Gate-all-around) برای لیتوگرافی سه‌نانومتری و لیتوگرافی‌های پیشرفته‌تر بسیار کاربردی و جالب به‌نظر می‌رسد؛ بااین‌حال براساس گزارش خبرگزاری تک‌اسپات، تحلیلگران معتقدند مهاجرت از ترانزیستورهای فین‌فت به ترانزیستورهای GAA بسیار پرهزینه خواهد بود.

اکثر تراشه‌های پیشرفته‌ی امروزی با استفاده از لیتوگرافی هفت یا پنج‌نانومتری ‌تولید می‌شوند؛ باوجوداین، شرکت‌های بزرگ صنعت نیمه‌هادی نظیر تی اس ام سی (TSMC) و گلوبال فاندریز (GlobalFoundries) در سال‌های گذشته تلاش‌های زیادی انجام کرده‌اند تا بتوانند لیتوگرافی سه و دو‌نانومتری را برپایه‌ی ترانزیستورهای نسل بعد سری GAA-FET به‌طور بهینه توسعه دهند. ترانزیستورهای GAA-FET مزیت‌هایی دارند که از بین آن‌ها می‌توانیم به «بهبود مقیاس‌پذیری» اشاره کنیم. بااین‌حال، فین‌فت همچنان در اولویت است؛ زیرا تولیدکنندگان تراشه معتقدند می‌توانند نسل‌به‌نسل قدرت بیشتری از ترانزیستورهای فین‌فت بیرون بکشند. 

سال گذشته‌ی میلادی، TSMC ‌هنگام برگزاری اجلاس Technology Symposium اعلام کرد لیتوگرافی سه‌نانومتری‌اش که با نام N3 شناخته می‌شود، درمقایسه‌با لیتوگرافی پنج‌نانومتری (N5) حداکثر ۵۰ درصد قدرت پردازشی بیشتر و ۳۰ درصد مصرف انرژی کمتری ارائه می‌دهد. مهم‌تر آنکه لیتوگرافی سه‌نانومتری TSMC ظاهرا باعث می‌شود بتوان ۱٫۷ برابر تراکم بیشتری از ترانزیستورها را روی تراشه قرار داد.

استفاده از لیتوگرافی اثبات‌شده و پیش‌بینی‌پذیرتر باعث می‌شود TSMC زمان کافی برای توسعه‌ی لیتوگرافی دو‌نانومتری GAA-FET در‌اختیار داشته باشد. بدین‌ترتیب، استفاده‌ی لیتوگرافی سه‌نانومتری TSMC از ترانزیستورهای GAA-FET احتمالا منتفی است. طبق آخرین اخبار، TSMC می‌کوشد لیتوگرافی دو‌نانومتری را تا سال ۲۰۲۴ به تولید انبوه برساند. 

^{سطح مقطعی ترانزیستورهای GAAFET}

براساس گزارش جدید مؤسسه‌ی Semiconductor Engineering، اینتل و سامسونگ نیز به‌شدت در تلاش‌اند تا برای تولید تراشه سراغ استفاده از لیتوگرافی سه و دو‌نانومتری بروند و شاید سامسونگ بتواند چنین هدفی را تا پایان سال جاری میلادی عملی کند.

چندین نوع از تزانزیستورهای GAA-FET وجود دارد و می‌دانیم سامسونگ می‌خواهد از نوع MBC-FET (مخفف Multi-Bridge Channel FET) استفاده کند که مبتنی‌بر ورقه‌های نانو است. فناوری MBC-FET را اساسا می‌توانیم نسخه‌ی اصلاح‌شده‌ی FinFET خطاب کنیم. اینتل نیز طراحی شبیه به MBC-FET و موسوم به «نانوروبان» دارد که ظاهرا در تراشه‌های سال ۲۰۲۵ از آن استفاده می‌شود. البته مدیرعامل اینتل به‌تازگی عوض شده است و شاید زمان‌ روی‌کارآمدن فناوری مذکور در تراشه‌های اینتل تغییر کند. 

در‌هرصورت تمامی شواهد نشان می‌دهد که فناوری فین‌فت کم‌کم به روزهای پایانی‌اش نزدیک می‌شود. در همین حین، شرکت‌های بزرگ تراشه‌ساز باید هرچه زودتر سراغ استفاده از فناوری GAA-FET در لیتوگرافی‌های پیشرفته‌ی سه‌نانومتری و نسخه‌های بعدی بروند.

 GAA-FET را نمی‌توانیم صرفا ترانزیستوری ساده برای نسل بعد تراشه‌های پیشرفته خطاب کنیم؛ بلکه GAA-FET تنها گزینه‌ی پیش روی تراشه‌سازان برای آینده‌ی ‌پیش‌بینی‌پذیر است. هزینه‌ی استفاده از نسخه‌های مختلف GAA-FET بیشتر از فین‌فت است و همین موضوع باعث می‌شود اکثر شرکت‌ها به احتمال کمتری بخواهند در آینده‌ی نزدیک سراغ استفاده از GAA-FET بروند. 

هرچه پیشرفت بیشتری در صنعت نیمه‌هادی به‌دست می‌آید، تراشه‌سازان موظف هستند از عناصر نیمه‌‌هادی بهتری، نظیر ژرمانیوم و گالیم آنتیمونید و آرسنید ایندیم برای بهبود عملکرد تراشه‌ها استفاده کنند. بااین‌همه، GAA-FET ممکن است آخرین قدم در قانون مور باشد. بدین‌ترتیب، تراشه‌سازان برای حفظ نحوه‌ی پیشرفت نسلی تراشه‌ها باید سراغ فناوری‌های پیشرفته‌تر پکیجینگ و معماری‌های بهبودیافته‌تر بروند.