Fujitsu entwickelt sparsamen 32-nm-Transistor

Anderer Ansatz als Intels High-k mit Metall-Gates

Auf der Fachkonferenz IEDM hat Fujitsu eine neue Bauweise und ein Fertigungsverfahren für Prozessoren mit Strukturbreiten von 32 Nanometern vorgestellt. Dabei kommen ganz andere Methoden und Materialien zum Einsatz als bei bereits in Serie gefertigten Chips mit 45 Nanometern.

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Die ständige Verkleinerung der Strukturbreiten bringt auch sinkende Versorgungsspannungen mit sich. Das senkt den Energiebedarf, wenn die Schaltungen nicht immer komplexer werden, kann sich aber auf die Schaltgeschwindigkeit der einzelnen Transistoren auswirken. Gleichzeitig sind aber immer feinere Strukturen Bedingung, um immer mehr Chips auf der gleichen Fläche eines Wafers herstellen zu können, was im Endeffekt die Kosten senkt und den ständig steigenden Bedarf nach Halbleitern deckt.

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Bei gegenwärtig in 45 Nanometern hergestellten Chips sind einige Teile der Schaltungen nur noch wenige Atomlagen dick, so dass sich die Spannungen nicht mehr beliebig senken lassen, um noch Elektronen durch das Material zu treiben. Intel hat sich deshalb sein Prinzip der "High-K-Dielektrika mit Metal Gates" ausgedacht, dem IBM bald folgte.

Rechts die neue Gitterstruktur
Rechts die neue Gitterstruktur
Fujitsu, das traditionell auch Prozessoren wie SPARC-CPUs und andere Designs als Auftragshersteller fertigt, hat für seine 32-Nanometer-Generation einen anderen Weg gewählt. Wie das Unternehmen auf dem "International Electron Device Meeting" (IEDM) in San Francisco erklärte, sieht es das bisher übliche gestreckte Silizium als ausgereizt an. Die effektiv arbeitende Gitterstruktur hat Fujitsu durch eine nicht genauer beschriebene Oberflächenbehandlung quer durch ein Bauteil angelegt. Damit vergrößert sich die Fläche, obwohl die Größe des Bauteils durch die kleinere Strukturbreite verringert wurde.

Alu als Anschluss für den Transistor
Alu als Anschluss für den Transistor
Gleichzeitig wird als Anschluss für den Transistor Aluminium ins Silizium eingebracht, was nichts mit den in der Regel aus Aluminium gefertigten Metall-Layern zu tun hat, welche die Schichten eines Chips verbinden. Das Aluminium soll den Widerstand zwischen Silizium und Siliziumoxid verringern.

Querschnitt (links) durch den Transistor
Querschnitt (links) durch den Transistor
Insgesamt verspricht sich Fujitsu von seinem 32-Nanometer-Transistor eine Reduktion der Spannung um 20 Prozent bei gleichbleibender Schaltgeschwindigkeit. Die Bauteile sollen sich zudem in 45-Nanometer-Anlagen herstellen lassen. Als Anwendungen sieht der Chiphersteller nicht nur schnelle Prozessoren, sondern auch alle anderen Arten von integrierten Schaltungen, vor allem für mobile Geräte.

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