AMD berichtet von Performance-Weltrekord

Forscher von AMD haben auf dem VLSI Symposium in Kyoto, Japan, Einzelheiten über Transistorentwicklungen präsentiert, die angeblich die höchste bisher erreichbare Performance erzielen. Eines der heute vorgestellten Transistorpaare basiert auf der Fully-Depleted Silicon-on-Insulator (FDSOI) Technologie und arbeite mit der höchsten bisher bei PMOS (P-Kanal Metal-Oxid Semiconductor) Transistoren erzielbaren Frequenz. Im Vergleich zu bisherigen Lösungen ermögliche die neue Transistorentwicklung eine Steigerung der Taktfrequenz um bis zu 30 Prozent.

Das zweite der heute präsentierten Transistorpaare basiert auf einer Strained-Silicon und AMD Metal-Gate-Technologie und biete gegenüber herkömmlichen Strained-Silicon-Transistoren eine um 20 bis 25 Prozent höhere NMOS (N-Kanal Metal-Oxid Semiconductor)-Performance. „Metal-Gates, FDSOI und Strained-Silicon sind Beispiele für wichtige Forschungs- und Entwicklungsarbeiten, die wir im Transistorbereich durchführen. Mit Verbesserungen im zweistelligen Prozentbereich, die wir in unseren Labors erzielt haben, erweitern wir unsere Optionen zur Erzielung unserer ehrgeizigen Leistungsziele beim Übergang auf die Produktion von 65-nm-Strukturen“, so Craig Sander, Vice President of Process Technology Development bei AMD.

AMDs neueste Transistoren nutzen eine von AMD entwickelte Form der Transistor-Gate-Technologie. Statt des in den meisten derzeit verfügbaren Transistoren als Gate-Material genutzten Polysiliziums greifen die Forscher von AMD zur Realisierung von „Metal-Gates“ innerhalb der Transistoren auf Nickel-Silicide zurück. Transistor-Gates steuern elektrischen Strom durch den Transistor und sind wichtige Elemente von Transistorstrukturen.

AMD nutzt bei der Realisierung von PMOS-Transistoren auf eine Kombination seiner Metal-Gates- und FDSOI-Technologie. Auf diese Art ließen sich Gate-Leitfähigkeit, die Arbeitsweise sowie die Carrier-Mobilität verbessern. Durch die Kombination dieser Maßnahmen hat AMD Transistoren entwickelt, die gegenüber bisherigen PMOS-Transistoren um bis zu 30 Prozent schneller sein sollen. Die Leistungsermittlungen basiere auf dem Industriestandard-Benchmark zur Berechnung von Transistor-Schaltfrequenzen. Komplette technische Details der Forschungsarbeiten gibt es unter www.amd.com/vlsi03_fdsoi.

AMDs Kombination seiner Metal-Gates mit Strained-Silicon in einem NMOS-Transistor (N-Kanal Metal-Oxid Semiconductor) zeige ähnlich positive Auswirkungen auf die Gate-Leitfähigkeit, die Arbeitsweise und die Carrier-Mobilität. Diese Ergebnisse seien zusätzlich zu den mit Strained-Silicon-Layern erzielten Mobilitätsverbesserungen erreicht worden. Im Vergleich zu herkömmlichen Strained-Silicon-Bausteinen habe man zum Zeitpunkt der Tests eine Transistor-Leistungsverbesserung von 20 bis 25 Prozent erzielt. Komplette technische Details der Forschungsarbeiten gibt es unter www.amd.com/vlsi03strained_silicon.

„Aus den Forschungsarbeiten von AMD geht auch hervor, dass sich mit Nickel-Silicide oder mit anderen Metal-Gate-Technologien im Laufe der Zeit bedeutende Herausforderungen bei der weiteren Reduzierung von Transistorgeometrien unter 65 nm lösen lassen“, fügte Sander hinzu. „Metal-Gate-Technologien bieten Möglichkeiten zur Reduzierung der effektiven Oxid-Dicke und mildern die strengen Anforderungen, die bei der ehrgeizigen Skalierung von Gate-Oxid-Schichten für Hochleistungs-Transistoren zu erfüllen sind.“

Derzeit werden SOI-Transistoren auf einer dünnen oberen Schicht (Top Layer) aus reinem Silizium aufgebaut, die sich auf einer weiteren Schicht aus isolierendem Oxid befindet. Die Isolationsschicht sorgt dafür, dass elektrischer Strom ausschließlich durch die dünnere obere Schicht des Siliziums fließt und verhindert das Eindringen von Leckströmen in das Chip-Material. Die Schichtdicke des oberen Siliziums hat einen wesentlichen Einfluss auf die Transistorleistung, da durch sie unter anderem ein unerwünschtes elektrisches Verhalten, das die Arbeitseffizienz des Transistors beeinträchtigen könnte, minimiert wird. Die Fully-Depleted SOI-Technologie ist als Fortschritt gegenüber heute üblichen SOI-Technologien zu bewerten und repräsentiert aufgrund ihrer wesentlich dünneren oberen Siliziumschicht die Grundlage zum Aufbau von Transistoren mit höheren Leistungen.

Strained-Silicon-Transistoren bieten ein höheres Leistungspotenzial, da bei ihnen Siliziumatome zur Verbesserung der Carrier-Mobilität in eine bestimmte Richtung gezwungen werden (Strained) und dies einen verbesserten elektrischen Stromfluss bewirkt. Forschungsarbeiten haben ergeben, dass sich SOI- und Strained-Silicon-Transistoren zur Erzielung von zusätzlichen Vorteilen mit dem gleichen Fertigungsprozess integrieren lassen.