高通研发 NanoRings 技术，有望在 7 奈米製程解决电容问题

目前，製造先进晶片离不开电晶体，核心在于垂直型栅极硅，原理是当装置开关开启时，电流就会通过该部位，然后让电晶体运转。但业界的共识认为，这种设计不可能永远用下去，一招打天下，总会遇到不管用的那天。IBM 开始着手探索新设计，并命名为 Nanosheets，可能会在未来几年投入使用。而高通似乎有不同想法。

联合晶片製造业大腕 Applied Meterials、Synopsys，高通对 5 种下世代技术模拟与分析了设计候选方案，核心问题是，独立电晶体和完整的逻辑门（包含独立电晶体）的效能表现有何不同。

结果发现，最后的"赢家"并非这 5 个候选方案中任何一个，而是一款由高通工程师新设计的方案，叫 NanoRings。

"装置工程师或製程工程师，只是最佳化了某些非常有限的特徵"，高通公司首席工程师 S.C.Song 解释。举例而言，在装置这维度上，重点在于电晶体的栅极能好好控制电流通过它的通道。然而，当转变成完整的逻辑门而不是单个电晶体时，其他方面变得更重要。值得一提的是，Song 和团队发现，装置的寄生电容──转换过程中由于非预期的电容器架构而损失──是真正的问题。

这就是为什么高通团队选择他们的奈米设计，而不是 IBM 的 Nanosheets。高通将之称为 Nanoslabs。从侧面看，Nanoslabs 看起来像一堆两到三个长方形的硅板，每个板被一个高 k 介电和一个金属栅极包围，栅极电压在硅中产生电场，进而使电流流过。

▲ Nanoslabs 的电晶体架构包围着硅（粉色），金属栅极（蓝色）与高 k 介电的（紫色）绝缘，这种架构导致寄生电容会阻碍效能。

用栅极电极完全包围每个硅板，可控制电流的流动，但同时也引入寄生电容，因为硅、绝缘子、金属、绝缘体、硅片之间的架构基本上是一对电容。

Nanorings 透过改变硅的形状来解决这问题，且不完全填补金属板之间的空隙。在氢中烘烤装置会使矩形板拉长为椭圆形。这样就把它们之间的空间掐住了，所以只有高 k 介电完全包围它们。金属门无法完全围绕，所以电容就少了。然而，门的电场强度仍然足以抑制电流的流动。

▲ 奈米技术减少了寄生电容，因为它无法完全填补硅与金属之间的空间。

高通公司製程技术团队的副总裁 Chidi Chidambaram 表示，如果要把製程降至 7 奈米及以下，电容缩放是最具挑战性的问题。儘管在模拟中取得了明显胜利，但在未来晶片中，电晶体的问题还远未解决。Song 和合作者计划用奈米材料继续测试电路和装置，他们还计划模拟更複杂的电路、系统，直到做出一支完整的手机。

最后测试的结果或许是消费者最关心的──如果智慧手机在奈米技术上执行，那么它将準确计算出智慧手机正常使用一天后的剩余电量。