Корпорация Intel совершила один из самых значительных прорывов в области транзисторных технологий. Новая технология основана на использовании абсолютно новых материалов, которые позволят создавать сотни миллионов микроскопических 45-нанометровых транзисторов, на базе которых разрабатываются процессоры семейства Intel® Core™2 нового поколения. Корпорация Intel уже создала в своих лабораториях первые в мире процессоры на базе 45-нанометровой технологии, и в настоящее время разрабатывает не менее пятнадцати видов различной процессорной продукции. Новый прорыв в области создания транзисторов поможет корпорации Intel и дальше создавать революционные процессоры для настольных ПК, ноутбуков и серверов, а также позволит сократить утечку тока из транзисторов. Это позволит усовершенствовать дизайн микросхем и ПК, уменьшить их размеры, сократить энергопотребление, снизить уровень шума и уменьшить их стоимость. Кроме того, новая технология обеспечит выполнение Закона Мура, согласно которому число транзисторов в процессорах удваивается каждые два года, в течение ближайшего десятилетия и позволит экспоненциально снизить стоимость.
В 45-нанометровых транзисторах Intel® используется новое эффективное сочетание диэлектриков затворов high-k и металлических затворов. Это позволит значительно повысить производительность и быстродействие многоядерных процессоров и уменьшить энергопотребление. Продемонстрировав работающий образец процессора на базе 45-нанометровой технологии, корпорация Intel еще раз подтвердила, что ее производственные технологии более чем на год опережают решения, используемые другими производителями полупроводниковых устройств. Первые в мире работающие процессоры на базе 45-нанометровой технологии (новое поколение процессоров семейства Intel® Core™2 под кодовым названием "Penryn") уже работают с разнообразными операционными системами (Windows* Vista*, Mac OS X*, Windows* XP и Linux*) и приложениями. Корпорация Intel планирует начать массовое производство устройств на базе 45-нанометровой технологии во второй половине 2007 года.
Один из основателей корпорации Intel Гордон Мур, сказал: «Использование диэлектриков high-k и металлических материалов знаменует собой крупнейшее изменение в области транзисторных технологий с момента появления поликремниевых транзисторов MOS в конце 60-х годов прошлого века".
По сравнению с используемой сегодня 65-нанометровой технологией, 45-нанометровая технология Intel обеспечит следующие преимущества:
- Увеличение плотности транзисторов примерно в два раза (позволит уменьшить размеры микросхем или увеличить количество транзисторов)
- Уменьшение мощности переключения транзисторов примерно на 30 %
- Увеличение скорости переключения транзисторов более чем на 20 % или сокращение утечки мощности более чем в 5 раз
- Сокращение утечки тока на оксиде затвора транзистора более чем в 10 раз, благодаря чему уменьшаются требования к питанию и увеличивается время автономной работы
Решение основного вопроса в области развития процесса миниатюризации транзисторов
Чтобы понять всю важность достижения корпорации Intel нужно знать, что из себя представляют транзисторы. Транзисторы – это миниатюрные переключатели, с помощью которых обрабатываются данные, закодированные в двоичной системе счисления. Для включения и выключения транзистора используется затвор, а диэлектрик затвора представляет собой изолятор, находящийся под затвором. Диэлектрик затвора предназначен для того, чтобы отделять (изолировать) затвор от канала, по которому проходит ток.
Используемое корпорацией Intel инновационное сочетание металлических затворов и диэлектриков high-k стало важным шагом на пути к уменьшению утечки электрического тока в транзисторах. Эта проблема становится все более значительной по мере уменьшения размера транзисторов. Многие производители уже несколько лет работают над поиском подходящего сочетания новых материалов (выбирая из нескольких сотен различных вариантов), но корпорация Intel стала первым производителем, успешно внедрившим эффективное сочетание материалов в 45-нанометровый производственный процесс.
Важность использования новых материалов
Для создания диэлектриков затвора транзистора традиционно используется диоксид кремния (SiO2). Используемые корпорацией Intel диэлектрики затвора SiO2 уже более 14 лет являются самыми тонкими в отрасли. В 65-нанометровой производственной технологии толщина слоя диэлектрика составляет всего 1,2 нанометра (5 атомных слоев). Однако с уменьшением толщины диэлектрика затвора увеличивается утечка тока. Проблема утечки тока при уменьшении толщины слоя диэлектрика, изготовленного из диоксида кремния, считается одной из самых сложных технических проблем, которые могут препятствовать выполнению закона Мура в этом десятилетии. Корпорация Intel решила использовать для решения проблемы утечки другой материал, который имеет большую толщину, но демонстрирует высокие показатели электроемкости, необходимые для высокой производительности транзисторов. Этот класс материалов имеет свойство, обозначаемое «high-k». High-k не следует путать с материалом low-k, используемым для изоляции соединений микросхем. В диэлектриках затвора транзисторов использование материалов high-k играет важную роль, потому что они обеспечивают высокую производительность при низком уровне утечки тока, а в соединениях очень важны материалы low-k, потому что они увеличивают скорость передачи сигналов.
В 45-нанометровой технологии корпорация Intel использует в качестве диэлектрика затвора материал high-k на основе гафния. Диэлектрик high-k создается с использованием технологии нанесения атомных слоев, по которой за раз наносится один слой материала high-k толщиной в одну молекулу. Поскольку диэлектрик high-k не совместим с используемыми сегодня электродами кремниевых затворов, корпорация Intel разработала новые материалы для создания металлических затворов для решения двух основных проблем, возникающих при сочетании этих двух компонентов. Первая проблема называется «фиксация порогового напряжения» (или «фиксация уровня Ферми»), а вторая – «рассеивание фотонов». Они имеют негативное воздействие и приводят к уменьшению производительности транзисторов. Эти процессы возникают при использовании диэлектрика high-k в сочетании с поликремниевыми электродами затворов, однако, они значительно снижаются при замене поликремния определенными металлами (разными для транзисторов NMOS и PMOS) и их интеграции в соответствии с производственной технологией. (Точная информация об используемых металлах составляет коммерческую тайну).
Сочетание металлических затворов и диэлектриков high-k позволяет создавать транзисторы с низким уровнем утечки тока и высокой производительностью.
Intel будет использовать медные провода с диэлектриком low-k для соединений в компонентах, изготовленных на базе 45-нанометровой технологии, с целью повышения производительности и уменьшения энергопотребления. Мы также будем использовать инновационные технологические нормы и передовые методики нанесения маски для того, чтобы дольше использовать 193-нанометровую литографию, что выгодно с экономической точки зрения и упрощает массовое производство.
Производство микросхем на базе 45-нанометровой технологии Intel
В настоящее время корпорация Intel внедряет производственный процесс на базе 45-нанометровой технологии на 300-миллиметровых подложках в Хиллсборо (штат Орегон, США) на заводе D1D, площадь которого равняется площади 3,5 футбольных полей. Для массового производства процессоров на базе 45-нанометровой технологии в настоящее время строится два новых завода: завод Fab 32 в Окотилло (штат Аризона, США), где производство начнется во второй половине 2007 года, и завод Fab 28 в Израиле (где производство начнется в первой половине 2008 года).
Интересные факты о 45-нанометровых транзисторах
На поверхности одной красной кровяной клетки может поместиться несколько сотен транзисторов
На человеческом волосе может поместиться 2000 транзисторов
На булавочной головке может поместиться 30 миллионов транзисторов
Частота переключения составляет примерно 300 миллиардов раз в секунду
Корпорация Intel совершила один из самых значительных прорывов в области транзисторных технологий. Новая технология основана на использовании абсолютно новых материалов, которые позволят создавать сотни миллионов микроскопических 45-нанометровых транзисторов, на базе которых разрабатываются процессоры семейства Intel® Core™2 нового поколения. Корпорация Intel уже создала в своих лабораториях первые в мире процессоры на базе 45-нанометровой технологии, и в настоящее время разрабатывает не менее пятнадцати видов различной процессорной продукции. Новый прорыв в области создания транзисторов поможет корпорации Intel и дальше создавать революционные процессоры для настольных ПК, ноутбуков и серверов, а также позволит сократить утечку тока из транзисторов. Это позволит усовершенствовать дизайн микросхем и ПК, уменьшить их размеры, сократить энергопотребление, снизить уровень шума и уменьшить их стоимость. Кроме того, новая технология обеспечит выполнение Закона Мура, согласно которому число транзисторов в процессорах удваивается каждые два года, в течение ближайшего десятилетия и позволит экспоненциально снизить стоимость. 
