FinFET|纳米芯片走到尽头？FinFET发明人胡正明：晶体管的未来前途无量晶体管|晶圆|纳米芯片走到尽头

在晶体管发明75周年之际，我（编者注：胡正明，发明了FinFET晶体管的华人半导体专家）想回答两个问题：世界需要更好的晶体管吗？如果是这样，他们会是什么样子？
我会争辩说，是的，我们将需要新的晶体管，而且我认为我们今天已经有了一些关于它们会是什么样子的暗示。问题在于我们是否有意愿和经济能力去制造它们。
我相信晶体管现在是并将继续是应对全球变暖影响的关键。气候变化可能会给社会、经济和个人带来巨变，因此需要能够赋予我们人类更大能力的工具。
半导体可以像其他技术一样提高人类的能力。根据定义，所有技术都可以提高人类的能力。但对他们中的大多数人来说，自然资源和能源的限制使得数量级的改善值得怀疑。基于晶体管的技术是一个独特的例外，原因如下：
1、随着晶体管的改进，它们使新的能力成为可能，例如计算和高速通信、互联网、智能手机、内存和存储、机器人技术、人工智能，以及其他还没有人想到的东西。
2、这些能力具有广泛的应用，它们改变了所有技术、行业和科学。
半导体技术的增长不像其他技术那样受到其材料和能源使用的限制。IC 使用相对少量的材料。因此，它们变得越来越小，它们使用的材料越少，它们变得越快、越节能、越有能力。
3、从理论上讲，信息处理所需的能量仍然可以减少到今天所需能量的千分之一以下。虽然我们还不知道如何达到这种理论效率，但我们知道将能源效率提高一千倍并不违反物理定律。
相比之下，大多数其他技术（例如电机和照明）的能源效率已经达到其理论极限的 30% 到 80% 。
晶体管：过去、现在和未来
我们将如何继续改进晶体管技术在短期内是相对清楚的，但离今天越远，它就会变得越模糊。在短期内，您可以通过查看最近的过去来瞥见晶体管的未来。
从 1960 年到 2010 年左右，基本的平面 (2D) MOSFET 结构一直保持不变，直到进一步增加晶体管密度和降低器件功耗变得不可能。
我在加州大学伯克利分校的实验室早在十多年前就看到了这一点。我们在 1999 年报道了平面晶体管的后继者 FinFET 的发明。
FinFET 作为第一个 3D MOSFET ，将扁平而宽的晶体管结构变为高而窄的晶体管结构。好处是在更小的占地面积内获得更好的性能，就像在拥挤的城市中多层建筑相对于单层建筑的优势一样。
FinFET 也就是所谓的薄体（thin-body）MOSFET ，这一概念继续指导新设备的开发。它源于这样一种认识，即电流不会通过硅表面几纳米内的晶体管泄漏，因为那里的表面电势受到栅极电压的良好控制。
FinFET 牢记这种薄体概念。该器件的主体是垂直的硅鳍片，被氧化物绝缘体和栅极金属覆盖，在强栅极控制范围之外没有留下任何硅。FinFET 将漏电流降低了几个数量级，并降低了晶体管工作电压。它还指出了进一步改进的路径：进一步降低车身厚度。
FinFET 的鳍片随着每个新的技术节点变得越来越薄和越来越高。但这种进步现在变得难以维持。因此业界正在采用一种新的 3D 薄体 CMOS 结构，称为环栅 (GAA) 。
在这种新结构上，一堆半导体带构成了薄体（a stack of ribbons of semiconductor make up the thin body）。