Infineon erzielt technologischen Durchbruch mit Multi-Gate Technologie - Neuartige Halbleiterstrukturen verbessern Energieeffizienz erheblich Dreidimensional zum Erfolg

04.12.2006 | Fachpresse

München, 4. Dezember 2006 – Multi-Gate-Feldeffekt-Transistor – so heißt eine wahrscheinliche Lösung vieler Probleme auf dem Weg zu noch kleineren integrierten Schaltungen, die bei gleicher Funktionalität mit wesentlich weniger Strom auskommen, als heute verfügbare planare Standard-Technologien. Forscher von Infineon haben die neue Transistorarchitektur in 65nm Strukturgröße jetzt als weltweit erste mit komplexen Schaltungen getestet. Bei rund 30 Prozent kleinerem Flächenbedarf als bei heutigen Single-Gate-Schaltungen mit gleicher Funktion und Geschwindigkeit wurden dabei Ruheströme gemessen, die um mehr als den Faktor 10 kleiner waren. Nach Berechnungen der Forscher verdoppelt sich dadurch die Energieeffizienz und Batterielaufzeit von portablen Geräten im Vergleich zu den gerade aktuellen 65nm Technologien. Für zukünftige Technologiegenerationen (32nm, 22nm) wird dieser Wert noch signifikant zunehmen.
 
„Mit der weltweit ersten integrierten Schaltung in Multi-Gate-Technologie mit 65nm Strukturgrösse haben wir bewiesen, dass der Fortschritt in der Halbleiterindustrie nicht nur durch das kontinuierliche Verkleinern von Strukturen zu bewältigen ist“, sagte Prof. Dr. Hermann Eul, Mitglied des Infineon-Vorstands und Leiter des Geschäftsbereichs Communication Solutions. „Vielmehr müssen heutige Verfahren und Materialien innovativ genutzt werden, um Fortschritt möglichst kostengünstig zu erreichen. Das haben unsere Forscher eindrucksvoll umgesetzt. Darüber hinaus erwarten wir aufgrund der bisherigen Ergebnisse, dass die Multi-Gate-Technologie exzellente Eigenschaften zur weiteren Verkleinerung der Strukturen bietet und somit den Weg in zukünftige Technologie-Generationen ebnet.“
 
Die von den Infineon-Forschern getesteten 65nm-Schaltungen enthalten über 3.000 aktive Transistoren in der dreidimensionalen Multi-Gate-Technologie. Die Ergebnisse belegen, dass sie genauso leistungsfähig wie heutige ausgereifte Technologien ist, aber bei gleicher Funktionalität gut nur die Hälfte an Energie braucht. Ein Vorteil, der auf der Basis der bisherigen Erkenntnisse in zukünftigen Technologiegenerationen noch sehr viel stärker ausfallen wird.
 
Bislang hat die Halbleiterindustrie die Wünsche der Kunden nach immer mehr Leistung auf immer weniger Fläche durch regelmäßig kleiner werdende Schaltelemente (Transistoren) am Rande des technisch Machbaren erreicht. Nur so sind Mobiltelefone mit integrierten Kameras und superflache MP3-Player mit riesigen Speichern herstellbar. Je kleiner aber die Strukturen in den integrierten Schaltkreisen gemacht werden, umso größer werden unerwünschte Ruhe- oder Leckströme, die für unnötigen Leistungsverbrauch sorgen. Auch im gesperrten Zustand eines Transistors, wenn er eigentlich „aus“ ist und keinen Strom leiten sollte, kriechen Elektronen durch die Potentialbarriere der Sperrschicht, die nur noch wenige Nanometer dick ist und dabei nur von der Oberfläche über den steuernden Kontakt (Single-Gate) des Transistors kontrolliert wird.
 
Um bei der stetigen weiteren Verkleinerung der Strukturen die einzelnen Transistoren wieder sicher ein- und ausschalten zu können und den Energiebedarf auf das absolut notwendige zu reduzieren, sind Forscher von Infineon neue Wege gegangen: Sie haben die seit 50 Jahren übliche flache oder auch planare Anordnung der Transistor Architektur zu einem dreidimensionalen Gebilde geformt. Die dritte Dimension ist hier der Schlüssel zum Erfolg, der steuernde Kontakt des Transistors umschließt die Potentialbarriere der Sperrschicht nun von mehreren Seiten („Multi-Gate“ ) und bietet somit eine um den Faktor 3 größere Angriffsfläche, um den Transistor effektiv auszuschalten.
 
Der Bau von Schaltungen in einer Multi-Gate-Technologie kann sowohl auf Standard Silizium Substrat oder auf Silizium auf Oxid (SOI) mit den heute herkömmlichen Herstellungsprozessen und den heute üblichen Werkstoffen erfolgen und ist damit unabhängig von kostenintensiven Materialinnovationen. Weiterhin eröffnet sich durch die Nutzung der dritten Dimension ein bemerkenswerter Vorteil: bei gleicher Anzahl der Transistoren auf einem Chip wird die pro Transistor aktiv genutzte Silizium-Fläche effektiv verkleinert und damit Silizium eingespart.
 
Das neue Herstellungsverfahren wird von Infineon im Rahmen seiner Beteiligung am europäischen Forschungszentrum IMEC (Interuniversity Micro Electronics Center, Leuven, Belgien) noch weiter erforscht und könnte in fünf bis sechs Jahren als Basistechnologie für die Serienfertigung zum Einsatz kommen.

Über Infineon

Die Infineon Technologies AG, München, bietet Halbleiter- und Systemlösungen, die drei zentrale Herausforderungen der modernen Gesellschaft adressieren: Energieeffizienz, Mobilität und Konnektivität sowie Sicherheit. Mit weltweit rund 30.000 Mitarbeitern erzielte Infineon im Geschäftsjahr 2006 (Ende September) einen Umsatz von 4,1 Milliarden Euro. Das Unternehmen ist in Frankfurt und New York (NYSE) unter dem Symbol „IFX“ notiert.

Informationsnummer

INFCOM200612.023

Pressefotos

  • <b>Three-dimensional is the road to success:</b> Infineon has optimized the electrical properties of transistors by means of three-dimensional structures, called “fins”.First engineering circuitry with more than 3,000 transistor elements have proven that energy consumption at comparable functionality can be reduced by a factor of 10. The energy efficiency of a complex system like a cell phone will double by using this technology. Infineon is the first semiconductor vendor worldwide to research working circuits built in the new technology with a feature size of 65nm. Pictured is a logical NOR gate with two gate-connectors controlling the flow of current by means of multiple “fins”. <br><br><b>Dreidimensional zum Erfolg: </b> Infineon hat die elektrischen Eigenschaften von Transistoren durch eine dreidimensionale Struktur – „Finnen“ genannt - erneut optimiert. Erste Versuchsschaltungen mit über 3.000 Transistoren belegen, dass der Strombedarf bei gleicher Funktionalität um den Faktor 10
    Three-dimensional is the road to success: Infineon has optimized the electrical properties of transistors by means of three-dimensional structures, called “fins”.First engineering circuitry with more than 3,000 transistor elements have proven that energy consumption at comparable functionality can be reduced by a factor of 10. The energy efficiency of a complex system like a cell phone will double by using this technology. Infineon is the first semiconductor vendor worldwide to research working circuits built in the new technology with a feature size of 65nm. Pictured is a logical NOR gate with two gate-connectors controlling the flow of current by means of multiple “fins”.

    Dreidimensional zum Erfolg: Infineon hat die elektrischen Eigenschaften von Transistoren durch eine dreidimensionale Struktur – „Finnen“ genannt - erneut optimiert. Erste Versuchsschaltungen mit über 3.000 Transistoren belegen, dass der Strombedarf bei gleicher Funktionalität um den Faktor 10
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