金属氧化物半导体场效应晶体管 (mosfet) 可能是 20 世纪最引人注目的电子成就。第一个商用 MOSFET 电路出现于 1964 年，因其封装密度高、功耗小、成本低而广受欢迎。集成电路于1958年推出，互补MOS(CMOS)技术于1967年推出。第一个商业化生产的微处理器是英特尔公司于1971年发布的Intel 4004
。它开始了一场小型化和性能改进的竞赛
。

　　随着制造工艺的进步，晶体管和栅极变得越来越小
，效率也越来越低。规模化带来了许多新问题
。随着器件尺寸的减小，短沟道效应
、可变性
、量子隧道泄漏和迁移率下降带来了关键的困难
。

　　解决这些问题的一种方法是发展为三维配置
，通道的栅极位于三个侧面，从而提供更多的表面积来控制静电。工程师们考虑了鳍形 FET 等多栅极器件，使利发国际所熟知的 FinFET 晶体管成为现实
。

　　这种方法有很多好处——更少的漏电流、增强的驱动电流
、更快的开关时间和卓越的可扩展性——改善通道的控制
，同时减小晶体管的整体尺寸。栅极表面可以保持或增加——漏电流和其他短沟道问题重新得到控制。

　　当技术从 22nm 发展到 16nm 时
，许多半导体制造公司从平面晶体管转向 FinFET 晶体管。

　　2009年9月22日，英特尔在英特尔开发者论坛上展示了一款22纳米晶圆
。该单元的尺寸是当时最小的SRAM
。英特尔首次使用其 3D Tri-Gate 工艺。

　　但FinFET也有局限性，在最近两代已经出现了疲惫的迹象。在 3nm 及以上工艺节点
，FinFET 可能无法再正确控制漏电流和其他短沟道效应，需要新技术来继续进一步缩小尺寸
。

　　采用 FinFET 的最新节点技术的成本降低速度有所放缓。这一事实降低了大规模生产中拥有先进节点技术的公司数量。

　　现在
，业界的半导体公司和代工厂面临着一场新的晶体管革命。

　　晶体管的演变

　　FinFET 是一项有有效期的技术。过去十年中，后 FinFET 晶体管研究正在评估从围绕通道三侧的栅极到完全包围通道的栅极(类似于被管状栅极包围的圆柱形通道)的演变。这种布置是采用纳米线或纳米片的全栅 FET 或 GAAFET
。与 FinFET 或平面晶体管相比
，这种设计的构建难度更大。纳米线和纳米片技术目前正在进行中，可以提高通道并允许其宽度根据需要缩放。

　　三星迈出了第一步，将自己定位为在 3nm 制造工艺中展示多桥通道 FET 或MBCFET技术的领导者。该技术集成了新型全栅晶体管作为主要创新。

　　新的三星晶体管是纳米片。堆叠是垂直的
，水平的纳米片
，就像一叠打印纸，取代了传统的翅片。

　　与 FinFET 相比

，三星突出了三个优势：

　　不需要额外的区域来提高速度
。纳米片垂直堆叠，而不是添加平行翅片。

　　预计 MBCFET 将能够取代 FinFET
，而无需改变设备占用空间的尺寸或配置。

　　支持与 FinFET 相同的工艺工具和制造方法，降低成本并加速实施。

　　由于 GAAFET 晶体管仍处于测试阶段，利发国际无法宣布最终的性能或效率改进。三星估计，在相同的3nm光刻工艺下
，数字是节能50%、性能提升30%、面积减少45%。

　　这些高数字无疑标志着实现它的芯片的前后变化
。回顾从平面到 FinFET 的跨越
，利发国际可以说这些数字是可信的
。

　　三星最初的计划是在 2021 年实现量产，并在 2022 年进入市场。但是，他们最近宣布由于 COVID-19 危机而导致一些延迟。

　　其他半导体厂商如英特尔或台积电尚未正式表态

。尽管如此
，预计他们将尽早发布有关这项技术的公告。

　　英特尔仍在通过增加鳍的高度来设计 FinFET。然而，有一天
，FinFET 的缩放能力将变得难以承受
，最终将迫切需要使用新技术来维持缩放。

　　英特尔发言人最近给出了线索，表示他们预计在不超过五年的时间内生产出GAAFET

。

　　台积电在 3nm 制程技术上将继续采用 FinFET
。他们承认自己有能力更新 FinFET，以允许通过工艺节点的另一次迭代进行扩展
。台积电还利用 FinFET 的可预测性来遵守其批准的时间表。

　　台积电
、英特尔和三星都将寻求保持最佳 3 纳米和 5 纳米光刻工艺的领先地位。

　　FET 的未来

　　超大规模集成电路(VLSI)电路使移动设备的普及成为可能——在最小的面积内塞满了数十亿个晶体管——加入了提高计算能力和能源效率的需求

。

　　智能手机、增强现实和虚拟现实 (AR/VR) 以及物联网 (IoT) 等始终处于待机状态的设备需要超低功耗系统，这使得业界不断寻找更好的晶体管
。

　　许多 CMOS 晶体管的替代品正在研究中。添加栅极来生产全栅极晶体管可能是控制超大规模通道中静电的最终解决方案。垂直堆叠通道的选择可以是传统 CMOS 缩放的最大程度。令人兴奋的是发现谁在竞争中领先不再是节点的密度和性能

，而是面积的减少和能耗
。利发国际科技深耕功率器件领域，为客户提供IGBT、IPM模块、MODULE等功率器件
，是一家拥有核心技术的电子元器件供应商和解决方案商
。