将颠覆传统CMOS，Bizen晶体管架构成推手

2019-11-02 08:45

Bizen晶体管结构优势突出

Bizen的晶体管具有类似PNP的结构，但基极有所不同。这是一种双极机制，而不是像MOSFET那样的单极机制。它不会像BJT那样直接与基极接触，且不会像MOSFET那样被氧化物隔离。

取而代之的是到基极的隧道结，其中的掺杂很重，使得Bizen——双极稳压管——保留了传统双极处理的优点，但通过使用齐纳量子隧道机制消除了缺点。

虽然也将Bizen的两个电极称为“集电极”和“发射极”，但其实该结构是对称的，可以在不更改功能的情况下交换这两个端子。

第二个隧道结使Bizen偏置，以便在隧道端子开路时“接通”但不饱和。虽然这表示在操作过程中有连续的电流流到地面，但隧道电流通常仅为2nA —5nA，可以通过包括一个可断开偏置隧道连接的单一结构来引入低功耗“睡眠”模式。

使用Bizen晶体管构建的任何逻辑都是基于电流的逻辑，而不是基于电压的逻辑，并且，除了电阻器或偏置隧道结以外，不需要额外占用空间的的电流吸收器。

可以使用Bizen晶体管实现任意逻辑功能，并且只需4个工艺光刻掩模，而不是整个工艺的8个掩模即可实现逻辑芯片，这是因为可以在晶体管内部建立晶体管到晶体管的连接。

Bizen的动态功率要低得多，因为它没有与CMOS相关的所有浪费功率的MOSFET栅极电容。当前的方法允许进行模拟计算，其中电流可以合并，并随着时间的流逝而增长。在不使用SOI衬底的情况下，芯片可以分为8层。

隧穿晶体管的优势愈发明显

晶体管是电子设备的基本组成元件，在过去40年间，科学家们主要通过将更多晶体管集成到一块芯片上来提高电子设备的计算能力，但目前这条道路似乎已快走到尽头。

业界认为，半导体工业正在快速接近晶体管小型化的物理极限，现代晶体管的主要问题是产生过多的热量。

电子隧穿设备商业化的历史很长，量子力学隧穿的原理也已被用于数据存储设备中，借用最新技术，未来，一个USB闪存设备或许能拥有数十亿个TFET设备。

使用隧穿晶体管取代目前的晶体管技术并不需要对半导体工业进行很大的变革，现有的很多电路设计和电路制造基础设施都可以继续使用。

CMOS制程仍是短期推进微缩最佳途径

要维持摩尔定律存续，唯一的重点在不断提升晶体管密度，进而可持续提供更佳的效能以及能源效率表现。

只要业者能够持续在更小芯片空间内放入更多具更佳能源效率的晶体管，就能持续让摩尔定律存续，不论所采用实现这个晶体管密度持续提高的方式为何。

在此情况下，短期内要能持续推动摩尔定律前进，仍必须仰赖既有持续推出更先进CMOS制程的技术，让晶圆制造端能够量产闸极长度更小的晶体管。以台积电为例，目前的进展是在蚀刻7纳米晶体管，并朝5纳米制程推进。

Ai芯天下丨趋势丨将颠覆传统CMOS，Bizen晶体管架构成推手

结尾：

每一代都有赖全球半导体制程的不断微缩演进，带动晶体管密度不断微缩，以能推出效能及功耗更佳、符合新科技浪潮的更高运算需求，进而形成当前全球科技产业供应链现况，并创造一个愈来愈科技渗透的社会环境。

随著行动时代发展至今逐渐趋于成熟、成长性逐渐趋缓，人工智能＋5G将会是下一阶段推动半导体制程微缩前进的主要推动力。

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