Технологический процесс. Техпроцесс

Технологический процесс, он же техпроцесс, а еще точнее технологический процесс полупроводникового производства.
Раньше технологические нормы изготовления процессора волновала только производителей. Но как видно из хронологии событий производители уменьшают нормы производства процессоров практически каждый годов. А все от того, что производитель должен уменьшать нормы производства для снижения тепловыделения, а также для повышается производительности.
Поэтому технологический процесс производства становится довольно важным параметром при выборе процессора. Ведь чем меньше техпроцесс, тем меньше энергопотребление процессора (и как следствие не нужен мощный и шумный кулер), повышается быстродействие процессора, увеличивается количество транзисторов на одинаковой площади.

 

  1. 90 нм – технологический процесс, соответствующий уровню технологии, достигнутому к 2002-2003 году
  2. 65 нм – технологический процесс, соответствующий уровню технологии, достигнутому к 2004 году
  3. 50 нм – технологический процесс, соответствующий уровню технологии, достигнутому к 2005 году
  4. 45 нм – технологический процесс, соответствующий уровню технологии, достигнутому к 2006-2007 году
  5. 32 нм – технологический процесс, соответствующий уровню технологии, достигнутому к 2009-2010 году
  6. 22 нм – производство должно начаться в конце 2012 году. Процессоры с архитектурой Intel скорее всего выпустит с интегрированным графическим ядром с архитектурой Larrabee.
  7. 8 нм – как планирует компания Intel, что бы перейти на изготовление процессоров с применением техпроцесса 8 нм, необходимо перейти на технологию “полупроводников III-V” (III-Vs), материал для выпуска транзисторов нового поколения. А название – это состав химических элементов с валентностями III и V.
  8. 5 нм – если будет нормальное развитие методик массового производства, то перейти на 5-нм проектные нормы возможно будет в 2019 году, основой будут полевые транзисторы с применением углеродных нанотрубок (Carbon nanotube FET).

техпроцесс
Компания Intel придерживается стратегии развития технологий под названием «tick-tock», под ней подразумевается переход, при улучшении технологии, от старой архитектуры («tick») к новой «tock», один раз в два года.
Если сравнивать нормы 65 нм и 45 нм, то на одинаковых площадях размещается вдвое большее транзисторов. При этом уменьшается на 30% рассеивание мощности при переключении, а также на 20% увеличение скорости переключения транзистора. Также, в 5 раз сокращается ток утечки от истока к стоку и в 10 — ток утечки сквозь затвор транзистора. В два раза увеличилось количество транзисторов, тем самым повысилась производительность. Увеличился объем кэш-памяти второго уровня (L2) на 50%.

Технологический процесс – есть ли предел уменьшения?

Самый первый транзистор, изготовленный учеными Bell Labs в 1947 году, по размеру был как человеческая ладонь, а 45-нм транзистор от Intel в 400 раз меньше красной кровяной клетки человека.
Но в производстве постоянно уменьшение техпроцесса приводит к некоторым затруднениям. Толщина компонента транзистора отвечающая за прохождение электронов, иначе говоря толщина диэлектрика затвора, у процессора изготовленного по техпроцессу в 65 нм, составляет всего 1.2 нм. Более 30 лет материалом диэлектрика затвора был диоксид кремния, молекула его состоит 1 атома кремния и 2 атомов кислорода. Толщина в 1.2 нм равна пяти атомарным слоям. И такой тонкий изолятор физически не в состоянии удержать токи утечки. Если диэлектрик затвора меньше 1 нм, ток утечки повышается экспоненциально.

технологический процесс Intel

Эту проблему решила компания Intel, как не сложно понять решением проблемы стала замена диоксида кремния, на более качественный материал используемый для изготовления диэлектрика затвора. Так называемый изолятор high-k, изготовленный на основе гафния и обладающий высокой степенью диэлектрической проницаемости. При использовании диэлектрика high-k получилось достичь увеличения полевого эффекта транзистора и уменьшить слой диэлектрика, вместе с уменьшением тока утечки через затвор.