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Jan 05, 2024

Conheça o Forksheet: Imec está na moda

Os fabricantes mais avançados de processadores de computador estão no meio do

Os fabricantes mais avançados de processadores de computador estão no meio da primeira grande mudança na arquitetura de dispositivos em uma década – a mudança de finFETs para nanofolhas. Outros 10 anos devem trazer outra mudança fundamental, onde os dispositivos de nanofolha são empilhados uns sobre os outros para formar FETs complementares (CFETs), capazes de reduzir o tamanho de alguns circuitos pela metade. Mas o último movimento provavelmente será um peso pesado, dizem os especialistas. Um transistor intermediário chamado forksheet pode manter os circuitos encolhendo sem tanto trabalho.

A ideia da forksheet surgiu da exploração dos limites da arquitetura da nanofolha, diz Julien Ryckaert, vice-presidente de tecnologias lógicas da Imec. A principal característica da nanofolha são suas pilhas horizontais de fitas de silício cercadas por seu portão de controle de corrente. Embora as nanofolhas tenham entrado em produção apenas recentemente, os especialistas já procuravam seus limites anos atrás. A Imec foi incumbida de descobrir "em que ponto a nanofolha começará a desmoronar", diz ele.

A equipe de Ryckaert descobriu que uma das principais limitações para reduzir a lógica baseada em nanofolhas é manter a separação entre os dois tipos de transistores que compõem a lógica CMOS. Os dois tipos - NMOS e PMOS - devem manter uma certa distância para limitar a capacitância que prejudica o desempenho e o consumo de energia dos dispositivos. "A forksheet é uma forma de quebrar essa limitação", diz Ryckaert.

Em vez de dispositivos de nanofolhas individuais, o esquema forksheet os constrói como pares em cada lado de uma parede dielétrica. (Não, não se parece muito com um garfo.) A parede permite que os dispositivos sejam colocados mais próximos sem causar problemas de capacitância, diz Naoto Horiguchi, diretor de tecnologia CMOS do Imec. Os projetistas podem usar o espaço extra para encolher as células lógicas, ou podem usar o espaço extra para construir transistores com folhas mais largas, levando a um melhor desempenho, diz ele.

Transistores de ponta já estão fazendo a transição da arquitetura do transistor de efeito de campo fin (FinFET) para nanofolhas. O objetivo final é empilhar dois dispositivos um sobre o outro em uma configuração CFET. A forquilha pode ser uma etapa intermediária no caminho.Imec

"O CFET é provavelmente a arquitetura CMOS definitiva", diz Horiguchi sobre o dispositivo que a Imec espera atingir a prontidão para produção por volta de 2032. Mas ele acrescenta que a "integração do CFET é muito complexa". O Forksheet reutiliza a maior parte das etapas de produção da nanofolha, potencialmente tornando o trabalho mais fácil, diz ele. O Imec prevê que pode estar pronto por volta de 2028.

No entanto, ainda há muitos obstáculos a serem superados. "É mais complexo do que se pensava inicialmente", diz Horiguchi. Do ponto de vista da fabricação, a parede dielétrica é uma dor de cabeça. Existem vários tipos de dielétrico usados ​​no CMOS avançado e várias etapas que envolvem a sua remoção. Fazer forquilhas significa gravar aquelas outras sem atacar acidentalmente a parede. E ainda é uma questão em aberto quais tipos de transistores devem ficar em cada lado da parede, diz Horiguchi. A ideia inicial era colocar PMOS de um lado e NMOS do outro, mas pode haver vantagens em colocar o mesmo tipo em ambos os lados.