Bizen舞会Onew

量子隧道晶体管真的存在吗?它们对电力技术意味着什么?

2020年6月16日
电子行业在50年前采用CMOS时是否走错了方向?如果量子隧道是我们应该走的道路,那么一家新兴的研发公司能说服我们接受它吗?

很难接受他的大胆主张寻找下一个总部位于英国诺丁汉的科技初创公司SFN表示,这是一种严肃的态度。这是因为,如果他们是真的,这将迫使整个半导体行业质疑过去50多年来我们所基于的几乎所有假设。再一次,在对他们的研究以及他们打算如何应用它的简单介绍之后,要忽略他们就更难了。

SFN表示,它的新工艺被称为“Bizen”,是基于量子隧道力学的原理,可用于显著提高任何数字或模拟半导体器件的性能和生产能力。此外,制造Bizen设备需要一半的工艺层,这将典型的全CMOS芯片晶圆的加工时间从15周缩短到3周。此外,SFN说,新工艺实现了栅极密度的三倍增加,产生了匹配的模具尺寸减少三倍。


在最近的一份声明中,SFN表示,它一直在与之合作Semefab该公司是一家位于苏格兰Glenrothes的私营半导体和MEMS晶圆厂,自2017年以来一直致力于工艺开发和资格认证,有望在不久的将来实现器件生产。

SFN的首席执行官David Summerland解释说:“CMOS加工行业正在碰壁,因为收缩的几何形状违反了物理定律。我们回到最开始,找到了一种在硅或宽带隙设备制造中商业化量子隧道力学的方法。其结果是“Bizen”-双极/齐纳处理,保留了传统双极处理的优点,但利用齐纳量子隧道力学消除了缺点。

“这导致了更低的动态功率、更高的速度和更高的栅极密度,所需的工艺层数减半,材料使用减少了三分之二,并缩短了制造时间。这使得任何晶片厂,如Semefab (Si)、Plessey (GaN)或Newport (Compound),都成为行业杀手。”

Bizen与双相

Summerland将Bizen与双极技术进行了对比,双极技术传统上受到限制,因为它需要庞大的单片电阻,会消耗硅材料的面积和功率。另一方面,Bizen晶体管使用量子隧道技术,消除了电阻(与MOS器件一样),并允许设计者利用现在可控的电流。这使得实现一个非常低的功率电路,其中晶体管是“正常开启”但不饱和,并由一个孤立的隧道连接控制,而不是像在传统的双极晶体管中使用的直接金属接触基阱。

此外,Bizen技术使电路结构变得更简单,设计者可以用更少的层数和更高的逻辑密度创造出更简单的电路。例如,对于支持低电压到高电压运行的设备,Bizen设备需要的层数从4到8层不等,而对于CMOS设备需要10到17层。除了更小的尺寸和更快的生产周期外,Bizen设备还将显著降低功耗和更快的运行速度。因此,复杂的设备可以在英国的大型几何晶圆厂生产

如果Semefab首席执行官艾伦·詹姆斯的说法被证明是正确的,那么权力社区可能会看到我们设计产品的方式发生根本性的转变,我们相信这是可能的。James说:“Semefab与SFN合作,探索在保持芯片编程能力的同时降低智能电源IC工艺复杂性的方法。早期的建议被拒绝了,因为它们无法达到在行业中具有破坏性的低口罩数量目标。最终,SFN想出了利用微型、反向偏置齐纳二极管结构的量子隧道效应的想法。经过仔细的建模,我们发现传统的横向和垂直双极结构的集成可以在不增加不必要的过程复杂性的情况下,设计成包含Bizen。

他继续说道:“我最初非常怀疑这一理念,但在经历了这一理念并看到了早期的结果后,我发现这一理念确实能够颠覆整个行业。”“CMOS有缺陷并不是一个大问题——尽管CMOS很容易锁存和ESD。CMOS功耗低,经过时间测试,总体可靠。然而,它是复杂的,当与功率相结合时,就更加复杂了。复杂性意味着更长的交货期和更高的成本。”

James总结道:“如果Bizen早在上世纪60年代末就被发现,当时正处于从双极向MOS和CMOS的过渡时期,为了更经济有效地集成逻辑功能,那么这个行业可能已经朝着我们现在提出的方向发展了。还为时不晚,然而,如果它可以采用的行业,一个重要的奖给减少死区在给定的技术节点(比较Bizen和CMOS逻辑实现)将风的能力摩尔定律时钟通过10年或更长时间,带来很多晶圆厂回主流生产。在Bizen成为商业现实之前还有一段路要走,我们还在学习中,但Semefab和SFN正在努力使它很快获得巨大的成功。”

要判断SFN的宣布是一个有希望但最终没有结果的发展,还是第二次半导体革命的开始,还为时过早。不管是哪一种,我都会做一些原始报告让你掌握全局。敬请期待……

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