Transistor FinFET

¿Qué es un FinFET?

Un FinFET es un transistor y al ser un transistor también es un amplificador y un interruptor. Sus aplicaciones incluyen computadoras para el hogar, computadoras portátiles, tabletas, teléfonos inteligentes, dispositivos portátiles, redes de alta gama, automotriz y más. FinFET significa un transistor de efecto de campo en forma de aleta. Aleta porque tiene un cuerpo en forma de aleta; la aleta de silicio que forma el cuerpo principal del transistor lo distingue.

Efecto de campo porque un campo eléctrico controla la conductividad del material. Un FinFET es un dispositivo no plano, es decir, no está limitado a un solo plano. También se le llama 3D por tener una tercera dimensión. Para evitar confusiones, es esencial comprender que la literatura diferente usa etiquetas diferentes cuando se refiere a dispositivos FinFET.

Estructura y Funcionamiento del Transistor FinFET

El diseño eléctrico básico y el modo de funcionamiento de un FinFET no difieren de un transistor de efecto de campo tradicional. Hay una fuente y un contacto de drenaje, así como una puerta para controlar el flujo de corriente.

A diferencia de los MOSFET planos, el canal entre la fuente y el drenaje se construye como una barra tridimensional sobre el sustrato de silicio, llamado aleta. Luego, el electrodo de puerta se envuelve alrededor del canal, de modo que se puedan formar varios electrodos de puerta en cada lado, lo que conduce a efectos de fuga reducidos y una corriente de activación mejorada.

Tipos de FinFET

Tenemos 2 tipos de estructura de puerta única en el FinFET y la estructura de puerta doble. Además, según la estructura de la puerta en el dispositivo, hay dos tipos principales que debemos conocer. Tenemos el de puerta en corto que se conoce como SG FinFET y el de puerta independiente conocido por IG FinFET.

Diferencia entre SG FinFET con el IG FinFET

Los SG FinFET son 3 dispositivos terminales.
• En SG FinFET, la puerta delantera y la puerta trasera están conectadas físicamente (es decir, en cortocircuito).
• La electrostática del canal es controlada por ambas puertas juntas.
• Los SG FinFET tendrán un I _ON y un I _OFF más altos en comparación con los IG FinFET. I _ON es corriente ON y I _OFF es corriente OFF respectivamente.

Los IG FinFET son 4 dispositivos terminales.
• En estos dispositivos, ambas puertas están aisladas físicamente.
• Como las puertas están aisladas, se les pueden aplicar tensiones diferenciales. Esta flexibilidad es muy útil.
• Por lo tanto, V _TH de la puerta delantera se puede modular linealmente usando la polarización de la puerta trasera.
• Los IG FinFET tienen el inconveniente de proporcionar más espacio debido a dos terminales de puerta independientes.

Ventajas y Desventajas del Transistor FinFET

Mejor control sobre el canal.
Efectos de canal corto suprimidos.
Corriente de fuga estática más baja.
Velocidad de conmutación más rápida.
Mayor corriente de drenaje (más corriente de accionamiento por huella).
Voltaje de conmutación más bajo.
Bajo consumo de energía.
Solución integral para los nuevos desafíos, como los transistores 3D y de doble patrón, introducidos por las reglas de fabricación FinFET planar de 20 nm y 16/14 nm e inferiores con integración 3D-IC.

Difícil de controlar dinámica Vth.
Ancho de dispositivo cuantificado. Es imposible hacer fracciones de las aletas, por lo que los diseñadores solo pueden especificar las dimensiones de los dispositivos en múltiplos de aletas enteras.
Parásitos más altos debido al perfil 3D.
Capacidades muy altas.
Efecto de esquina: el campo eléctrico en la esquina siempre se amplifica en comparación con el campo eléctrico en la pared lateral. Esto se puede minimizar usando una capa de nitrato en las esquinas.
Alto costo de fabricación.

Evolución del FinFET

La base de la electrónica moderna es el transistor CMOS. En los últimos años, la tecnología CMOS ha dado pasos importantes en términos de los materiales utilizados en la fabricación y la arquitectura. El primer gran salto fue la introducción de la ingeniería de deformaciones en el nodo tecnológico de 90 nm(nanómetros). Los pasos posteriores fueron la puerta de metal con un dieléctrico de alta k a 45 nm y la arquitectura FinFET en el nodo de 22 nm. En la siguiente imagen se muestra la evolución en el tiempo de 90nm a 22nm.

El año 2012 marcó el nacimiento del primer FinFET comercial de 22 nm. Las mejoras posteriores a la arquitectura FinFET permitieron mejorar el rendimiento y reducir el área. La naturaleza 3D del FinFET tiene muchas ventajas, como aumentar la altura de la aleta para obtener una mayor corriente de impulsión en la misma huella.

El FinFET es la tecnología de dispositivo más prometedora para extender la ley de Moore hasta los 5 nm. Ofrece excelentes soluciones a los problemas de fugas por debajo del umbral, un comportamiento electrostático deficiente de canal corto y una alta variabilidad de los parámetros del dispositivo que afectaron al CMOS planar a medida que se reducía a 20 nm. Además, su capacidad para operar a un voltaje de suministro mucho más bajo extendió la escala de voltaje que se estabilizó y permitió ahorros de energía estática y dinámica más necesarios.