Раньше уменьшение размеров транзисторов позволяло создать резерв по энергопотреблению. Уменьшение технических размеров транзисторов, позволяло увеличить количество транзисторов на схеме. Ко всему прочему еще сильнее уменьшилось энергопотребление. Учитывая то, что транзисторы переключаются относительно редко. Все это позволяло поднимать тактовую частоту при том же тепловыделении. Но уменьшать технический размер не получилось до бесконечности. Уже на переходе к 130 нм всю картину портили токи утечки. С этого момента приоритет уменьшения размеров сменился на приоритет сокращения токов утечки. Одним из способов борьбы с током утечки было создание FinFET транзисторов, о которых поговорим далее.
Fin – плавник, гребень. Подавая напряжение в FinFET транзисторе на затвор происходит вытягивание электронов из глубины к вершинам гребней. С помощью этого формируется канал. Данное действие позволяет поднять активные зоны стока, истока и затвора в гребни, что привело к уменьшению токов утечки вглубь подложки.
Стоит отметить, что у FinFET транзисторов имеются модификации. Одной из такой модификации является GAAFET транзистор, разработкой которого занимаются компании INTEl, Samsung и TSMC. Идея данного транзистора состоит в работе с нанолентами и нанопроводами, что позволяет окружить затвор тонким проводящим каналом со всех четырех сторон. Данная модификация позволяет уменьшить напряжение работы транзисторов. Что повышает их производительность
Еще одной разновидностью FinFET транзисторов является MBCFET, который компания Samsung планирует разработать в 2022 году перейдя на 3 нм техпроцесс. Если сравнивать с стандартным FinFET на 7 нм техпроцессе, данная модификация позволяет уменьшить энергопотребление вдвое, повысить скорость работы на 30% и уменьшить занимаемую площадь на 45%. MBCFET позволяет менять ширину транзисторов, адаптируя его по техническим требованиям, изменяя энергопотребление или быстродействие.
Чем отличается модель FinFET прибора от моделей транзисторов, которые существовали ранее? Тем, что модель табличная. Табличная модель - это особенная модель, потому что она содержит в себе некие точки. Например какую-то информацию по токам и напряжениям, рассчитанные с определенной дискретностью. Это значит, что мы не будем получать плавные графики. Мы будем получать некие кривые. Т.е точность результатов визуализации будет зависеть от точности табличной модели.
Сама модель написана на языке Verilog-A.
Чем отличается Verilog-A от Verilog? Он содержит в себе описание ветвей и узлов. Т.е он оперирует токами и напряжениями. Если код позволяет рассчитывать токи и напряжения, значит данный код может быть интегрирован в обычный симулятор к примеру SPICE симулятор. Он будет считаться, как и обычный прибор, построенный на основе физических уравнений.
Язык описания аппаратуры Verilog-A позволяет создавать производительные и точные модели электронных систем. Язык дает возможность применять проектирование сверху вниз. Это позволяет выявлять возможные проблемы интеграции как можно раньше и устранить их с минимальными усилиями и затратами.
В настоящее время найти бесплатный симулятор для Verilog-A пока не получилось, но удалось найти бесплатный симулятор Icarus для Verilog.
Существует такое понятие, как командный файл. Командный файл подразумевает собой некий набор управляющих конструкций применимых в SPICE языке, которые позволят собрать рабочую схему и подать на эту схему воздействие с помощью источников тока и напряжения. Все это низкоуровневое описание для симулятора, где используются директивы. К примеру .hdl , которая позволяет подгрузить в код модели Verilog-A файл.
Подключив модель необходимо добавить транзисторы и задания моделирования.
Сама модель состоит из большого количества Look Up Table - это таблица, в которой содержится описание взаимосвязей параметров. Некий формат представления чисел через пробел.
Посути командный файл - набор инструкций, которые необходимо симулятору выполнить для того, чтобы что-то посчитать.
Для того, чтобы данные модели промоделировать потребуется симулятор. HSPICE, который необходимо подключить. Есть файл load, который загружает модуль у этого симулятора. Активация происходит из места откуда запускаем командный файл. В нашем случае запуск происходит из папки Examples. Переносим load в Examples. Открываем терминал в папке. Находим hspice и запускаем, но перед этом к команде нужно дописать nFinFET_IdsVds.sp.
Промоделировав, убедившись, что результаты получены успешные, нужно посмотреть что же было смоделировано. Для этих целей существуют визуализаторы. К примеру WV.
Для того, чтобы посмотреть ВАХ необходимо посмотреть ток через землю. Т.е транзистор соединен с источником от сток к истоку.
Вот получены вахи FinFET с параметрами для 2 пальцев
Следовательно мы можем создавать на основе FinFET модели небольшие схемы и тестировать их.
Табличная модель выделяется тем, что ее можно быстро сделать.
К завершению стоит отметить, что FinFET транзисторы и их модификации это не предел совершенства. IBM обрисовала свое видение будущего производства на технологическом форуме Common Platform. Компания заявила, что следующим большим этапом после FiFET будут углеродные нанотрубки, которые улучшат удельные свойства базовых материалов.