英特爾公司5日宣布該公司研究人員已發(fā)現(xiàn)一種新型的、可以取代30多年來芯片制造業(yè)一直使用的制造材料。隨著芯片制造商在微小的硅片上安裝越來越多的晶體管，漏電現(xiàn)象已成為日益困擾業(yè)界的問題。對(duì)于半導(dǎo)體行業(yè)，這一突破性的創(chuàng)新無疑是一項(xiàng)重大成就。

    利用這種新型材料，英特爾研究人員已經(jīng)開發(fā)出創(chuàng)記錄的高性能晶體管。這兩種新材料被稱為高k，一種柵極電介質(zhì)（high-k gate dielectrics），以及另一種稱為金屬柵極的材料。“柵極（gate）”是晶體管的一部分，它決定著晶體管的開、合狀態(tài)；而柵極電介質(zhì)則是附著在柵極下面的一層很薄的絕緣體。新材料有助于徹底減少晶體管因漏電而減少電壓的現(xiàn)象和產(chǎn)生的不必要的熱量。英特爾說，新的高k材料在減少漏電的能力上將比二氧化硅(silicon dioxide)提高100多倍。

    英特爾技術(shù)與制造事業(yè)部高級(jí)副總裁兼總經(jīng)理周尚林（Sunlin Chou）說：“眾所周知，散熱和漏電現(xiàn)象多年來一直是半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展“摩爾定律”前進(jìn)的根本障礙，如果我們還是緊緊依靠今天的晶體管材料和結(jié)構(gòu)，將無法解決這一問題。我們的產(chǎn)業(yè)長(zhǎng)期以來所面臨的挑戰(zhàn)是：隨著二氧化硅達(dá)到它的基本極限，業(yè)界卻始終難以發(fā)現(xiàn)和集成出新的材料來取代它，有些人甚至把這種挑戰(zhàn)比作芯片的‘心臟移植’�！�

    根據(jù)摩爾定律，芯片上的晶體管數(shù)量每隔兩年便增加一倍，它將帶來更多的特性、性能的提升以及晶體管成本的降低。要保持這一創(chuàng)新速度，晶體管的尺寸必須持續(xù)減小，直至達(dá)到前所未有的更小尺寸。然而，由于不斷增加的功率和熱量問題，利用當(dāng)前的材料很難滿足這種減小晶體管尺寸的需求。因此，要讓摩爾定律在未來仍然適用，使用新材料和創(chuàng)新的晶體管結(jié)構(gòu)勢(shì)在必行。

    高K和金屬柵極解決方案

    所有的晶體管中都含有絕緣材料，稱為“門電介質(zhì)”，它對(duì)晶體管的運(yùn)行至關(guān)重要。在過去的30年里，二氧化硅由于其良好的可制造性而成為這一關(guān)鍵晶體管組件的首選材料，而且它允許以更小的尺寸來不斷提高晶體管的性能。

    英特爾成功地將二氧化硅門電介質(zhì)的尺寸縮減到只有1.2納米，這僅僅相當(dāng)于五個(gè)原子層。但由于二氧化硅材料變得越來越薄，通過門電介質(zhì)的漏電現(xiàn)象逐漸增加，從而導(dǎo)致電流浪費(fèi)和額外產(chǎn)生的不必要熱量。為解決這一重要問題，英特爾研究人員決定在門電介質(zhì)中用較厚的高k材料來取代當(dāng)前二氧化硅材料，這樣可大大減少電流的泄露。

    解決方案的第二部分是開發(fā)出一種新的金屬柵極材料(Metal Gate)，因?yàn)楦遦門電介質(zhì)與當(dāng)今的晶體管柵極材料不兼容。高k門電介質(zhì)與金屬柵極的完美結(jié)合可以顯著減少電流泄露現(xiàn)象，同時(shí)保持極高的晶體管性能，從而使摩爾定律和技術(shù)創(chuàng)新在未來十年的延續(xù)成為可能。英特爾認(rèn)為這些新發(fā)現(xiàn)完全可以集成到十分經(jīng)濟(jì)的大規(guī)模制造過程中，目前此項(xiàng)工作正處于開發(fā)階段。

    英特爾計(jì)劃最早在2007年采用這些新材料的晶體管集成到未來的英特爾處理器中，作為公司45納米制程的組成部分。