Исследователи из Университета Пердью достигли важной вехи в попытке разработать транзистор следующего поколения, который мог бы продлить срок службы кремниевых полупроводников. Новый дизайн, названный CasFET (Cascade Field Effect Transistor), является еще одним шагом на пути миниатюризации транзисторов, позволяя снизить коммутируемые напряжения, снизить энергопотребление и создать более плотные конструкции.

Доцент кафедры электротехники и вычислительной техники Тиллман Кубис сказал, что это исследование связано с возросшими трудностями миниатюризации транзисторов, которые в последние годы привели к увеличению технических трудностей и увеличению затрат.

«Им [транзисторам] нужен достаточно высокий ток включения и достаточно низкий ток отключения, с достаточно небольшой разницей, чтобы переключаться между ними», - сказал Кубис. «Эти проблемы значительно замедлили масштабирование транзисторов за последние восемь лет, что затрудняет внедрение более мощных поколений ЦП». Одним из наиболее узнаваемых случаев этой трудности стал переход Intel на 10 и 7-нанометровые процессы, в ходе которого наблюдался ряд задержек, которые помогли AMD возродиться в области процессоров.

Samsung использует технологию GAAFET ( Gate All Around Field Effect Transistor ) для своего 3-нанометрового процесса, массовое производство которого ожидается в этом году. Технология, пришедшая на смену FinFet, модернизирует транзисторы, чтобы иметь четыре затвора на всех четырех сторонах канала. Это обеспечивает лучшую изоляцию транзистора от его соседей, ограничивает утечки напряжения и позволяет применять более низкие напряжения для того же эффекта переключения. Это, в свою очередь, позволяет более плотно разместить больше транзисторов, увеличивая плотность. Samsung заявляет, что такой подход позволяет уменьшить размер транзистора на 35% (по сравнению с 5-нм FinFET). Однако ожидается, что GAAFET исчерпается раньше, чем FinFet. 

Дизайн CasFET разработан университетом Purdue. Слои сверхрешетки - это новый прорыв в дизайне, который может улучшить миниатюризацию транзисторов

Разработка CasFET является следующим возможным шагом в проектировании производства транзисторов и структуры сверхрешеток, которые перпендикулярны направлению транспортировки транзистора, что позволяет переключать состояния каскада. Это значит фактически используются эффекты, полученные от квантовых каскадных лазеров, и по существу позволяет более тонко регулировать напряжение. Это был один из ограничивающих факторов в масштабировании полупроводников.

В настоящее время команда разрабатывает первый прототип CasFET и все еще находится на стадии проектирования общей структуры и материалов, пытаясь найти правильный баланс между стоимостью, доступностью материалов, простотой перехода от типичного производства транзисторов и производительностью. На данный момент прототип не предлагает желаемого профиля производительности. Однако работа достаточно многообещающая, и Purdue подала заявку на патентную защиту в Бюро по патентам и товарным знакам США.