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深度解读提高芯片计算的密度晶体管堆叠技术

电子设计 ? 2021-01-06 16:31 ? 次阅读

两种晶体管一起造——英特尔正在研究的晶体管堆叠技术将大幅度提高芯片的计算密度。目前我们所熟知的台积电、三星、英特尔、格芯、中芯国际等芯片代工厂量产的先进工艺普遍采用基于多栅鳍型场效应晶体管(FinFET)结构。在5纳米及以下的制程时,更先进的技术节点面临的发热和漏电将变得难以控制,人们必须寻找全新的工艺,堆叠晶体管设计正在成为重要方向。

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NMOS和PMOS组件通常是并列出现在芯片上的。英特尔现在已经找到了让它们彼此堆叠的方法,这可以大幅度降低电路尺寸。当今几乎所有电子设备的算力本质都是两种晶体管的组合——NMOS和PMOS。当电压信号输入时,其中一个打开则另一个会被关闭,两者放在一起时,只有bit变化才有电流,这种设计显著降低了能耗。这种晶体管组合自1959年以来几乎没有变化,但随着芯片制造制程的不断提升,电路正在不断被缩小,它们之间的距离也在不断靠近。在本周IEEE国际电子设备会议(IEDM)上,英特尔展示了一种全新的方式:将NMOS和PMOS对堆叠起来,该方案有效地将简单CMOS电路的占位面积减少了一半,这意味着未来IC的晶体管密度可能直接翻倍。

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这种设计被广泛认为会首先被应用于下一代制程晶体管即nanosheet、nanoribbon(纳米薄片)、nanowire(圆柱体纳米线),或被称为全环绕栅极晶体管(Gate-All-AroundFET)的方法上,这可能是常规架构计算机通向摩尔定律的最后一步。nanosheet的沟道区域不会是像目前FinFET等方式,由垂直硅鳍片构成晶体管主要部分,而是由多层、水平、几纳米厚的片层堆叠在一起构成。

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CMOS设备已经从平面发展到FinFET,马上就将在3nm制程节点上转为nanosheet。进一步缩小的电路需要堆叠NMOS和PMOS。英特尔的工程师打算使用这些组件来构建最简单的CMOS逻辑电路,即逆变器(inverter)。它需要由两个晶体管组成,两个电源连接,一个输入和一个输出连接。即使是像今天晶体管并排放置的设计中,这种布局也已非常紧凑了。但通过堆叠晶体管,调整互联,逆变器的面积还可以减半。英特尔用于构建堆叠式nanosheet的方法被称为自对准工艺,因为它可以在实际上相同的步骤中构建两种组件。这是至关重要的一点,因为假如出现第二种步骤的话(例如在互相分离的晶片上制造两种组件再粘合),可能会导致无法对准,进而失败。从本质上讲,晶体管堆叠技术是对nanosheet晶体管制造方式的修改。它从硅和硅锗的重复层开始,随后将其雕刻成一个较高的窄鳍,然后蚀刻掉硅锗,留下一组悬浮的nanosheet。通常,所有的nanosheet都会形成单独的晶体管。但是在新方法中,为了形成一个NMOS器件,顶部的两个nanosheet被连接到了磷掺杂的硅上,而底部的两个nanosheet被连接到了硼掺杂的硅锗上以产生PMOS。「完整的『集成流程』当然会更加复杂,但英特尔的研究者们正希望让工艺尽可能地简单,」英特尔高级研究员、组件研究主管RobertChau表示。「集成流程不能太复杂,因为这将影响到制造具有堆叠CMOS芯片的实用性。这是一个非常实际的流程,可产生可观的结果。」

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逆变器由两个彼此叠置的晶体管组成,它们的某些部分和互连点是公用的。「一旦你掌握了这种方法,接下来要做的就是追求性能了,」Chau说道。这可能将涉及改进的PMOS组件,目前它在驱动电流的能力上落后于NMOS。解决这个问题的答案可能在于在晶体管通道中引入「应变」,其思路是让硅晶格变形,从而为电载荷创造更快的通路(此处为孔洞)。英特尔早在2002年就将应变方法引入其芯片。在另一项IEDM的研究中,英特尔展示了一种在nanoribbon晶体管中产生压缩应变和拉伸应变的方法。除了英特尔之外,其他顶尖芯片工厂和研究机构也在寻求堆叠式的nanosheet设计,当然有些时候类似的方法会被命名为互补FET或纳米薄片场效应晶体管(CFET)。比利时研究组织Imec率先提出了CFET概念,并于去年6月在IEEEVLSI研讨会上报告了构建它们的过程。不过,Imec组件并非完全由nanosheet晶体管构成——它的底层由FinFET组成,顶层是单个nanosheet。来自台湾省的半导体研究中心(TaiwanSemiconductorResearchInstitute,TSRI)研究人员提出了另一种CFET的生产方法,其PMOS和NMOS需要用不同的nanosheet制造出来。英特尔的电路在三个nanosheetPMOS上有两个NMOS,相比之下更接近于堆叠组件的概念。
编辑:hfy

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MAX20766EPE+ Maxim Integrated MAX20766智能从设备IC

Integrated MAX20766智能从设备IC设计用于用于搭配Maxim第七代控制器使用,实现高密度多相稳压器。多达六个智能从设备集成电路加一个控制器集成电路,组成紧凑的同步降压转换器,它可以通过SMBus/PMBus?实现精确的单独相电流和温度报告。 Maxim MAX20766智能从设备IC为过热、VX短路和所有电源UVLO故障提供多种保护电路。如果检测到故障,则该器件立即关断,并向控制器IC发送信号。 MAX20766采用16引脚FCQFN封装(具有裸露的顶部散热焊盘)。顶部散热改善...
发表于 11-09 09:07 ? 25次 阅读
MAX20766EPE+ Maxim Integrated MAX20766智能从设备IC

ICS-40730 TDKInvenSenseICS40730低噪声麦克风

venSense ICS-40730低噪声麦克风是一款差分模拟输出、底部端口式微机电系统 (MEMS) 麦克风。ICS-40730集成有MEMS麦克风元件、阻抗转换器、差分输出放大器和增强型射频封装。该款低噪声麦克风具有高达74dBA的SNR、-32dBV差分灵敏度、-38dBV单端灵敏度、124dB SPL声学过载点以及±2dB灵敏度容差。典型应用包括智能家居设备、智能手机、电话会议系统、安防、监控、麦克风阵列、语音控制和激活。 特性 74dBA超高SNR 灵敏度: -32dBV差分灵敏度 -38dBV单端灵敏度 ±2dB灵敏度容差 非反相信号输出 25Hz至20kHz扩展频率响应 增强的射频性能 285µA电流消耗 124dB SPL...
发表于 11-09 09:07 ? 71次 阅读
ICS-40730 TDKInvenSenseICS40730低噪声麦克风

MAX22025AWA+ Maxim Integrated MAX2202x/F隔离式RS-485/RS-422收发器

Integrated MAX2202x/F隔离式RS-485/RS-422收发器可在器件的电缆侧(RS-485/RS-422驱动器/接收器侧)和UART侧之间提供3.5kVRMS数字电流隔离。当两个端口之间存在较大的接地电位差时,隔离通过中断接地环路来改善通信,并降低噪声。这些器件允许高达0.5Mbps或16Mbps的稳健通信。 MAX2202x/F隔离式RS-485/RS-422收发器具有Maxim专有的AutoDirection控制功能,因此非常适合用于隔离式RS-485端口等应用,其中驱动器输入与驱动器使能信号搭配使用以驱动差分总线。 MAX22025、MAX22027、MAX22025F和MAX22027F具有较低压&#...
发表于 11-09 09:07 ? 52次 阅读
MAX22025AWA+ Maxim Integrated MAX2202x/F隔离式RS-485/RS-422收发器

ICS-40212 TDKInvenSenseICS40212模拟麦克风

venSense ICS-40212模拟麦克风是一款微机电系统 (MEMS) 麦克风,具有极高动态范围和低功耗常开模式。该麦克风包含MEMS麦克风元件、阻抗转换器和输出放大器。ICS-40212在电源电压低于2V且工作电流为55μA时,采用低功耗工作模式。 ICS-40212麦克风具有128dB声压级 (SPL) 声学过载点(高性能模式下)、±1dB的严密灵敏度容差以及35Hz至20kHz扩展频率响应。该麦克风采用底部端口表面贴装封装,尺寸为3.5mm x 2.65mm x 0.98mm。典型应用包括智能手机、照相机和摄像机...
发表于 11-09 09:07 ? 51次 阅读
ICS-40212 TDKInvenSenseICS40212模拟麦克风

ICS-40638 TDKInvenSenseICS40638AOP模拟MEMS麦克风

venSense ICS-40638高声学过载点 (AOP) 模拟MEMS麦克风(带差分输出)具有极高的动态范围,工作温度高达105°C。ICS-40638包括一个MEMS麦克风元件、一个阻抗转换器和一个差分输出放大器。该麦克风具有138dB声压级 (SPL) 声学过载点、±1dB小灵敏度容差以及对辐射和传导射频干扰的增强抗扰度。该系列具有35Hz至20kHz扩展频率响应,采用紧凑型3.50mm × 2.65mm × 0.98 mm底部端口表面贴装封装。TDK InvenSense ICS-40638 AOP模拟MEMS麦克风应用包括汽车、相机和摄像机以及物联网 (IoT) 设备。 特性 差分非反向模拟输出 灵敏度:-43dBV(差分) 灵敏度容差:±1dB 35Hz至20kHz扩展频率响应 增强的射频抗扰度 PSRR:−81dB 3.50...
发表于 11-06 09:07 ? 112次 阅读
ICS-40638 TDKInvenSenseICS40638AOP模拟MEMS麦克风

DK-42688-P TDKInvenSenseDK42688P评估板

venSense DK-42688-P评估板是用于ICM-42688-P高性能6轴运动传感器的全面开发平台。该评估板设有用于编程和调试的板载嵌入式调试器和用于主机接口的USB连接器,可支持软件调试和传感器数据记录。DK-42688-P平台设计采用Microchip G55 MCU,可用于快速评估和开发基于ICM-42688-P的解决方案。TDK InvenSense DK-42688-P评估板配有必要的软件,包括基于GUI的开发工具InvenSense Motion Link,以及用于ICM-42688-P的嵌入式运动驱动器。 特性 用于ICM-42688-P 6轴运动传感器 带512KB闪存的Microchip G55 MCU 用于编程和调试的板载嵌入式调试器 用于主机接口的USB连接器 通过USB连接的电路板电源 ...
发表于 11-06 09:07 ? 55次 阅读
DK-42688-P TDKInvenSenseDK42688P评估板

STM32L4P5AGI6 STMicroelectronics STM32L4P5/STM32L4Q5 32位微控制器 (MCU)

oelectronics STM32L4P5/STM32L4Q5 32位微控制器 (MCU) 不仅扩展了超低功耗产品组合,还提高了产品性能,采用Arm? 树皮-M4内核(具有DSP和浮点单元 (FPU),频率为120MHz)。STM32L4P5产品组合具有512KB至1MB闪存,采用48-169引脚封装。STM32L4Q5具有1MB闪存,提供额外加密加速器引擎(AES、HASH和PKA)。 特性 超低功率,灵活功率控制 电源:1.71V至3.6V 温度范围:-40°C至85°C或-40°C至125°C 批量采集模式(BAM) VBAT模块中150nA:为RTC和32x32位储备寄存器供电 关断模式下,22nA(5个唤醒引脚ʌ...
发表于 11-06 09:07 ? 51次 阅读
STM32L4P5AGI6 STMicroelectronics STM32L4P5/STM32L4Q5 32位微控制器 (MCU)

ICS-52000 TDKInvenSenseICS52000带TDM数字输出的低噪声麦克风

venSense ICS‐52000是一款低噪声数字TDM输出底部端口麦克风,采用4mm × 3mm × 1mm小尺寸表面贴装封装。 ?该器件由MEMS传感器、信号调理、模数转换器、抽取和抗混叠滤波器、电源管理以及行业标准的24位TDM接口组成。 借助TDM接口,包括多达16个ICS‐52000麦克风的阵列可直接连接诸如DSP和微控制器等数字处理器,无需在系统中采用音频编解码器。 阵列中的所有麦克风都同步对其声信号进行采样,从而实现精确的阵列处理。 ICS‐52000具有65dBA的高SNR和宽带频率响应。 灵敏度容差为±1dB,可实现无需进行系统校准的高性能麦克风阵列。 ICS-52000具有两种电源状态:正常运行和待机模式。 该麦克风具有软取消静音功能,可防止上电时发出声音。 从ICS-52000开始输出数据时开始,音量将在256WS时钟周期内上升到满量程输出电平。 采样率为48kHz,该取消静音序列大约需要5.3ms。 The ICS‐52000 features a high SNR of 65dBA and a wideband frequency response. The sensitivity tolerance is ±1dB enabling high‐performance micropho...
发表于 11-05 17:07 ? 30次 阅读
ICS-52000 TDKInvenSenseICS52000带TDM数字输出的低噪声麦克风

IAM-20380 TDKInvenSenseIAM20380高性能陀螺仪

venSense IAM-20380高性能陀螺仪具有0.5VDD至4V电压范围、400kHz时钟频率以及-40°C至+85°C工作温度范围。IAM-20380具有3轴集成,因此制造商无需对分立器件进行昂贵且复杂的系统级集成。TDK InvenSense IAM-20380高性能陀螺仪非常适合用于汽车报警器、远程信息处理和保险车辆追踪应用。 特性 数字输出X、Y和Z轴角速率传感器(陀螺仪) 用户可编程满量程范围为±250dps、±500dps、±1000dps和±2000dps 集成16位ADC 用户可编程数字滤波器,用于陀螺仪和温度传感器 按照AEC-Q100执行&...
发表于 11-03 10:07 ? 30次 阅读
IAM-20380 TDKInvenSenseIAM20380高性能陀螺仪

MPF5024AMMA0ES NXP Semiconductors PF502x电源管理集成电路

502x电源管理集成电路 (PMIC) 在一个器件中集成了多个高性能降压稳压器。PF502x PMIC既可用作独立的负载点稳压器IC,也可用作较大PMIC的配套芯片。 NXP PF502x电源管理集成电路 (PMIC) 具有用于关键启动配置的内置一次性可编程 (OTP) 存储器存储。借助该OTP特性,可减少通常用于设置输出电压和稳压器序列的外部元件数量,从而打造时尚器件。启动后,稳压器参数可通过高速I2C进行&#...
发表于 11-02 12:06 ? 35次 阅读
MPF5024AMMA0ES NXP Semiconductors PF502x电源管理集成电路

T3902 TDKInvenSenseT3902低功耗多模麦克风

vensense T3902低功耗多模麦克风具有185μA至650μA电流范围、36Hz至>20kHz额定频率以及3.5mm × 2.65mm × 0.98mm表面贴装封装。T3902麦克风由一个MEMS麦克风元件和一个阻抗转换器放大器,以及之后的一个四阶调制器组成。T3902系列具有高性能、低功耗、标准和睡眠等工作模式。TDK Invensense T3902低功耗多模麦克风非常适合用于智能手机、相机、平板电脑以及安全和监控应用。 特性 3.5mm × 2.65mm × 0.98mm表面贴装封装 低功耗模式:185µA 扩展频率响应:36Hz至>20kHz 睡眠模式电流:12µA 高电源抑制 (PSR):-97dB FS 四阶∑-Δ调制器 数字脉冲密度调制 (PDM) 输...
发表于 10-30 11:06 ? 44次 阅读
T3902 TDKInvenSenseT3902低功耗多模麦克风

ICS-40740 TDKInvenSenseICS40740超低噪声麦克风

venSense ICS-40740超低噪声麦克风具有超低噪声、高动态范围、差分模拟输出和1个底部端口。TDK InvenSense ICS-40740器件采用MEMS麦克风元件、阻抗转换器、差分输出放大器和增强型射频封装。ICS-40740器件具有70dB SNR和±1dB灵敏度容差,因此非常适合用于麦克风阵列和远场语音控制应用。 特性 70d BA信噪比 -37.5dBV灵敏度 ±1dB灵敏度容差 4mm x 3mm x 1.2mm表面贴装封装 80Hz至20kHz扩展频率响应 165µA电流消耗 132.5dB SPL声学过载点 -87d BV PSR 兼容无锡/铅和无铅焊接工艺 符合RoHS指令/WEEE标准 ...
发表于 10-30 10:06 ? 120次 阅读
ICS-40740 TDKInvenSenseICS40740超低噪声麦克风

IAM-20680 TDKIAM20680 MEMSMotion Tracking器件

venSense IAM-20680 6轴MotionTracking器件在3mm x 3mm x 0.75mm的小尺寸封装中集成了3轴陀螺仪和3轴加速度计。IAM-50680器件具有片上16位ADC、可编程数字滤波器、嵌入式温度传感器和可编程中断。TDK InvenSense IAM-20680 6轴MotionTracking器件非常适合用于360°视角相机稳定、汽车报警器和远程信息处理应用。 特性 数字输出X、Y和Z轴角速率传感器(陀螺仪) 用户可编程满量程范围为±250dps、±500dps、±1000dps和±2000dps,集成16位ADC 数字输出X、Y和Z轴加速度计,具有±2g、±4g、±8g和±16g的可编程满量程范围,集成16位ADC 用户可编程数字滤波器,用于陀螺仪、加速度计和温度传感器 自检功能 唤醒运动中断,用于应用处理器的低功耗运行 按照AEC-Q100执行的可靠性测试 按要求提供PPAP和认证数据 应用 导航系统航位推算辅助功能 ...
发表于 10-29 13:06 ? 59次 阅读
IAM-20680 TDKIAM20680 MEMSMotion Tracking器件

MAXM17720AMB+ Maxim Integrated MAXM17712/20/24 PMIC

Integrated MAXM17712/20/24电源管理专用IC (PMIC) 是喜马拉雅微型系统级IC (µSLIC) 电源模块,可实现散热更好、尺寸更小、更加简单的电源解决方案。这些IC将高效率150 mA同步降压直流-直流转换器和高PSRR、低噪声、50mA线性稳压器集成到µSLIC™电源模块中。该PMIC在4V至60V宽输入电压范围内工作。该降压转换器和线性稳压器可提供高达150mA和50mA输出电流。 直流-直流转换器的输出用作线性稳压器的输入。这些线性稳压器在不同模块中提供1.2V至3.3V固定输出电压。MAXM17712/20/24模块采用薄型设计,采用2.6mmx3mmx1.5mm µSLIC封装。典型应用包括工业传感器、暖通空调和楼宇控制、电池供电设备以及LDO替代品。 特性 易于使用: 4V至60V宽输入降压转换器 可调节及固定的输出电压模块 内部电感器和补偿 降压转换器输出电流高达150mA 线性稳压器输出的精度为±1.3%,FB精度为±2% 全陶瓷电容器、紧凑布局 ...
发表于 10-29 13:06 ? 30次 阅读
MAXM17720AMB+ Maxim Integrated MAXM17712/20/24 PMIC

MAX40027ATC/VY+ Maxim Integrated MAX40027双路高速比较器

MAX40027双路高速比较器具有280ps典型传播延迟。这些比较器具有极低过驱分散(25ps,典型值),因此非常适合用于飞行时间、距离测量应用。该器件的输入共模范围为1.5V至V+ 0.1V,与MAX40658、MAX40660和MAX40661等多个广泛使用的高速跨阻放大器的输出摆幅兼容。输出级为LVDS(低压差分信号),有助于最大限度地降低功耗,直接与诸多FPGA和CPU连接。互补输出有助于抑制每个输出线上的共模噪声。MAX40027采用小型、节省空间的3mm x 2mm、12引脚TDFN封装,带侧面可湿性侧翼,符合AEC-Q100汽车级认证要求。MAX40027的工作温度范围为-40°C至+125°C,可在2.7V至3.6V电源电压下工作。 特性 快速传播延迟:280ps(典型值) 低过驱色散:25ps(VOD=10mV至1V)  电源电压:2.7V至3.6V 2.7V电源时45.9mw(每个比较器) 节能型LVDS输出 温度范围:-40°C至+125°C 符合汽车类AEC-Q100标准 小型3mm x 2mm TDFN封装,带可湿性侧翼 ...
发表于 10-29 13:06 ? 37次 阅读
MAX40027ATC/VY+ Maxim Integrated MAX40027双路高速比较器

LPC55S66JBD64K NXP Semiconductors LPC55S6x Arm? Cortex?-M33微控制器

miconductors LPC55S6x Arm Cortex-M33微控制器 (MCU) 采用Arm双核和Arm TrustZone 技术,适用于工业、楼宇自动化、物联网 (IoT) 边缘计算、诊断设备和消费电子应用。这些器件基于Armv8-M架构,采用低功耗40nm嵌入式闪存工艺,具有先进的安全特性。 LPC55S6x微控制器具有一套独特的安全模块,可为嵌入式系统提供层保护,同时保护最终产品在整个生命周期内免受未知或意外的威胁。这些块包括基于可信根和配置的SRAM PUF、来自加密图像的实时执行&...
发表于 10-29 13:06 ? 38次 阅读
LPC55S66JBD64K NXP Semiconductors LPC55S6x Arm? Cortex?-M33微控制器
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