Toshiba zet stap naar 16nm-transistors

De halfgeleiderdivisie van Toshiba heeft naar eigen zeggen een doorbraak bereikt voor de productie van chips met een 16nm-procedé. Het bedrijf wil germanium-halfgeleidermateriaal voor de transistors gebruiken.

De chipontwerpers van het Japanse bedrijf willen de procestechnologie voor de productie van chips de komende jaren tot 16nm laten slinken. Het gebruikelijke materiaal voor de gates van 'metal-insulator-semiconductor field-effect transistors' of misfets bestaat uit silicium, maar naarmate de afmetingen kleiner worden, kan niet voldoende stroom door de misfets gestuurd worden. Germanium zou, vanwege een grotere elektronenmobiliteit, bij deze kleinere transistors wel een geschikt halfgeleidermateriaal zijn, maar het gebruik hiervan is niet zonder problemen. Wanneer germaniumdioxide wordt gebruikt, speelt de lage diëlektrische constante van GeO₂ de transistors parten.

De equivalente oxide-dikte of eot, een maatstaf voor de efficiëntie van het gebruikte high-k-materiaal, is bij het inzetten van germaniumdioxide nog altijd meer dan de 0,5nm die bij het 16nm-procedé vereist is. De oplossing van Toshiba bestaat uit het gebruik van een dunne laag SrGe_x, een legering van strontium en germanium, tussen de high-k-isolatielaag en de germanium-channellaag. Dankzij dit laagje blijft de de hoge mobiliteit van de halfgeleider gehandhaafd en kan de eot voldoende klein worden gemaakt voor gebruik in een 16nm-productieprocedé.

Reacties (26)

[Verwijderd]

germanium mag wel niet zo warm komen als silicium materiaal heb ik vroeger geleerd

[rogierslag]

Germanium heeft een smeltpunt van 1210 K ongeveer 940 graden Celcius. Silicium mag ongeveer 400 graden warmer worden. Dit maakt alleen voor chips niet uit, lang voordat het smeltpunt is bereikt geeft de chips incorrecte waarden door de uitzetting en transistors die niet meer betrouwbaar werken. Maximum temperatuur voor transistor in een normale desktop PC zal dan ook niet meer zijn dan 70 graden

http://nl.wikipedia.org/wiki/Germanium
http://nl.wikipedia.org/wiki/Silicium

[Verwijderd]

Het kan anders gerust geen kwaad om zelfs boven de 80°C te draaien wat mijn P4 jaren heeft gedaan. M'n Gefore 6800GT heeft ook een jaar lang op 130°C gedraaid voor ik eens het stof eruit haalde.

[Verwijderd]

Bij mijn weten is 89 graden de grens voor een CPU zonder fouten te laten draaien, en dit zal waarschijnlijk voor meer componenten zo zijn.

[High-Voltage2]

Dat hangt af van de component zelf, je kan er niet juist één temperatuur op plakken. Het is bijvoorbeeld veel schadelijker om constant op te warmen tot 60°, af te koelen tot 20°, terug op te warmen tot 60° enz... dan hem constant op bv 70° te houden. Die mechanische spanningen bij opwarming (en dus uitzetting) leiden tot vermoeiing van het materiaal. Er gaan haarscheurtjes ontstaan die groter en groter worden en ondertussen gaat je component rustig dood.

[Verwijderd]

Aha, klinkt logisch. Ik verbaas me nog steeds dat mijn 9800GTX-en rustig op 70 graden draaien als ik in Windows zit te internetten, haha.

[renevanh]

Klopt, maar zowel strontium als germanium hebben een smeltpunt wat boven de 1000K ligt... Mag toch niet zo'n groot probleem zijn.

[Ercewee]

Het probleem is niet het smeltpunt, maar de intrinsieke ladingsdrager concentratie, deze is voor germanium zo'n 3 orders hoger dan voor silicium. En deze is zeer sterk temperatuur afhankelijk.

Er is een bepaalde temperatuur waar er zoveel intrinsieke ladingsdragers aanwezig zijn dat het dopingniveau er niet meer tot doet: de transistor werkt dan niet meer. Op dat moment is de transistor verandert in een 'lage' weerstand en de transistor blaast zichzelf op.

Voor silicium zijn dit vaak temperaturen van zo'n 125-200 graden Celsius (Vergeet niet dat de eigenlijk junctie/kanaal in een transistor vaak veel warmer is dan de temperatuur sensor) . Voor Germanium ligt deze temperatuur een stuk lager. (200 graden voor silicium komt overeen met zo'n 80 graden voor germanium, om dezelfde intrinsieke ladingsdrager concentratie te krijgen).

[NitSuA]

vind het eigenlijk een beetje een primitieve manier van innovatie, dit verkleinen van chips.
ik weet dat er wel degelijk innovatie is, maar zoals ik al zei, blijf ik dit verkleinen en maar door borduren op bestaande systemen, een beetje primitief vinden.

Gelukkig is het einde van het verkleinen nu echt in zicht, en dan zullen de echte slimmerikken moeten komen met ideeen voor de fabricage van snellere chips (meerdere lagen ofzo, andere ontwerpen, quantum.. )

[ocdaan]

Mee eens..

Maar aan de andere kant is het wel de manier om de boel betaalbaar te houden nietwaar...

[Verwijderd]

Mwah, doorborduren op bestaande systeem is niet echt van toepassing op Toshiba, ze zijn immers samen met IBM en Sony betrokken bij de ontwikkeling van de Cell.
Als toshiba hun technische oplossingen toe kunnen passen op de ontwikkelingen van IBM ( zoals de PowerXCell 8i ) dan kunnen daar zeer compacte en snelle chips uitkomen.

[Verwijderd]

Je kunt dat verkleinen primitief vinden, maar wat als het niet gebeurd was?
1. Dan had je pc nu een hele slaapkamer in gebruik genomen.
2. Dan had je pc nu zo veel warmte ontwikkeld dat je in de rest van het huis niet meer hoefde te stoken.

[HerrPino]

Niet mee eens, het verkleinen zorgt er ook voor dat steeds krachtigere chips in steeds kleinere apparaten gebruikt kunnen worden.

[Rob Coops]

Klinkt allemaal goed nu alleen nog even de rest van het proces veder vervolmaken

Het zal nog wel een tijdje duren voor we de eerste 16nm processors zullen zien maar het is altijd goed te zien dat de bestaande problemen worden overwonnen. De grote vraag blijft natuurlijk hoelang kunnen de halfgeleider bedrijven de afmetingen van de features nog blijven verkleinen? We zijn er nog lang niet maar we komen wel steeds een stapje dichterbij het punt waarop het gewoon niet meer kleiner kan omdat dan zelfs afwijkingen van enkele atomen of minder zullen resulteren in een falend circuit waardoor de productie gewoon niet meer kosten effectief mogelijk is door de grote hoeveelheid uitval.

[LordPan]

Met deze legering van metalen kunnen ze verkleinen tot een theoretische limiet van 0,43 nm.
Dit is de diameter van 1 Strontiumatoom. (Een Germanium atoom is kleiner, dat is 0,244 nm).

Maar als je deze theorie doortrekt zouden ze met Silicium tot op 0,234 nm kunnen gaan. Er zijn dus ook nog andere factoren dan enkel de atoomdikte die meespelen. De electrische weerstand bv.

[hollandismad]

Nog veel belangrijker, de quantum effecten worden steeds groter naarmate de schaal verkleint. Het probleem hiermee is dat deze effecten nu wel gehandhaafd worden op traditionele wijze, maar verre van begrepen worden. Het produceren op kleinere schaal zal dus erg afhangen van de kennis van kwantummechanica.

[johnbetonschaar]

Er zijn idd meer grenzen en problemen te overwinnen dan alleen de breedte van transistors en andere structuren op de resulterende chip. Bijvoorbeeld limitaties aan het productie proces. Het is nu al een enorme toer om werkende chips te produceren op 45nm en lager, dat het uberhaupt werkt is eigenlijk een klein wonder.

Momenteel zijn de golflengte van het laserlicht dat gebruikt wordt voor het litho proces, en de zuiverheid van de gebruikte lenzen en de focus die met bestaande optica behaald kan worden al dermate beperkend dat er een heel arsenaal aan trucs uit de kast moet komen om chips te maken op de huidige tech nodes. Wil je op volume chips maken met features die kleiner zijn dan 32nm dan zal er echt op andere productietechnieken moeten worden overgestapt, zoals extreme-UV of maskless litho, maar momenteel verkeert dat allemaal nog in de ontwikkelfase.

Om een lang verhaal kort te maken: de fysieke afmetingen van atomen en electronen zijn voorlopig totaal niet interessant als beperking voor chipproductie, en waarschijnlijk gaan we dat ook nooit meemaken.

[Reactie gewijzigd door johnbetonschaar op 24 juli 2024 18:08]

[gp500]

Ik vraag me eigenlijk af wat voor producten thosiba maakt dan.

Hebben ze zelf producten of zijn ze een foundry zoals TSMC.
Zie wel dat ze in samenwerking zijn met IBM en sony voor de CELL.

Maar dat kan veel betekenen.

[Fireshade]

Toshiba maakt van alles: van chips tot en met kernreactoren.
Zie ook http://en.wikipedia.org/w...ration#In-house_companies
Ze doen natuurlijk ook R&D voor eigen producten. Daaruit komen ook patenten waar ze eventueel ook aan kunnen verdienen.

[Daileass]

ben ik de enige die geranium halfgeleidermateriaal las?

mooie ontwikkeling!

[Verwijderd]

Hahaha, blijkbaar net zo dislectisch als ik...

Ik zit even aan Intels tick-tock te denken. Hoe lang zou het nog duren voor we 16 nm processoren hebben? Zou 16 nm meteen na 32 nm komen, of zou daar nog een stap tussen zitten?

[jacobvdm]

En MOSFET associeer is op de één of andere manier altijd met iets uit het Star Wars universum. En sommige mensen lezen grafeen als grafsteen.

Your point being..?