胡正明续写摩尔传奇 FinFET/FD-SOI厂商如何押宝？

　　近日格罗方德12英寸晶圆厂落户中国成都引起业界关注，为何?因为FD-SOI技术。

　　众所周知，当栅极长度逼近20nm大关时，对电流控制能力急剧下降，漏电率相应提高。FinFET与FD-SOI恰是半导体微缩时代续命的高招。

　　尽管FinFET与FD-SOI师出同门，但是，两者却被“阵营化”，FinFET阵营占据绝对优势。格罗方德是为数不多的FD-SOI技术坚守与推动者了。FD-SOI能是否叫板FinFET?希望格罗方德12英寸晶圆厂能给出答案。

　　今天我们就来谈谈FinFET与FD-SOI技术的发明者胡正明教授。

　　胡正明，1947年7月出生于北京豆芽菜胡同，在台湾长大，1973年获美国加州大学伯克利分校博士学位，曾任台积电首席技术官。现任美国加州大学伯克利分校杰出讲座教授、北京大学计算机科学技术系兼职教授、中国科学院微电子所荣誉教授、台湾交通大学(新竹)微电子器件荣誉教授、1991-1994年任清华大学(北京)微电子学研究所荣誉教授。1997年当选为美国工程科学院院士。2007年当选中国科学院外籍院士。FinFET技术发明人、FD-SOI工艺发明人、国际微电子学家。

　　1999年，胡正明教授在美国加州大学领导着一个由美国国防部高级研究计划局出资赞助的研究小组，当时他们的研究目标是CMOS技术如何拓展到25nm及以下领域。因为当栅极长度逼近20nm大关时，对电流控制能力急剧下降，漏电率相应提高。传统的平面MOSFET结构中，已不再适用。而到2010年时，Bulk CMOS(体硅)工艺技术会在20nm走到尽头。

　　胡教授提出了有两种解决途径：一种立体型结构的FinFET晶体管(鳍式晶体管，1999年发布)，另外一种是基于SOI的超薄绝缘层上硅体技术 (UTB-SOI，也就是FD-SOI晶体管技术，2000年发布)。

　　FinFET和FD-SOI工艺的发明得以使10nm/14nm/16nm摩尔定律在今天延续传奇。

　　也正是因为FinFET技术，美国总统奥巴马于2016年5月19日在白宫为胡正明颁发美国国家科学奖章。

　　下面我们就简单看看FinFET与FD-SOI技术。

　　对于MOS而言，左边为源极，右边为漏极(也称为汲极)，中间为栅极(也称为闸极)，栅极下方有一层厚度很薄的氧化物。因为中间由上而下依序为金属、氧化物、半导体，因此称为MOS。

　　随着晶体管尺寸的缩小，源极和栅极的沟道不断缩短，当沟道缩短到一定程度的时候，量子隧穿效应就会变得极为容易。换言之，就算没有加电压，源极和漏极都可以认为是互通的，晶体管就失去了本身开关的作用，没有办法实现逻辑电路。

　　FinFET

　　由胡正明、Tsu-Jae King-Liu、Jeffrey Bokor 等三位教授发明了，实现了两点突破，一是把晶体做薄后解决了漏电问题，二是向上发展，晶片内构从水平变成垂直即二维变成三维。

　　FinFET结构看起来像鱼鳍，所以也被称为鳍型结构，其最大的优点是Gate三面环绕D、S两极之间的沟道(通道)，实际的沟道宽度急剧地变宽，沟道的导通电阻急剧地降低，流过电流的能力大大增强;同时也极大地减少了漏电流的产生，这样就可以和以前一样继续进一步减小栅长。