如果您一直在關注有關半導體工藝技術的最新消息，那么您或許已經了解到全球最尖端代工廠將生產采用FinFET新型晶體管結構作為基本芯片構建塊的器件了。這些待產的芯片將采用統稱為16/14nm的工藝節點。不過您或許要問，FinFET到底是什么？與標準晶體管有什么不同？會帶來什么樣的優勢和挑戰？

半導體制造技術的一項關鍵發明、當今2，920億美元市值的半導體產業得以存在的一個關鍵因素就是Jean Hoerni于1950年代在飛兆半導體公司發明的平面工藝。平面工藝能實現更小型的晶體管，并將其安裝在各種不同電路中，或者將它們高效連接在一起嵌入在平行面板上，而不必像印刷電路板上的分離式組件一樣堆疊在一起。平面工藝實現了IC的極端小型化。隨著平面工藝的實施，半導體可以分層內置或蝕刻在超純晶圓片上。圖1a顯示的平面晶體管（其實是一個復雜的開關）包括3個主要特性：源極、柵極和漏極，它蝕刻并分層放置在芯片的基片上。圖1b顯示的是FinFET，請注意這里的柵極在三側圍繞信道，而平面晶體管上的柵極僅覆蓋信道頂部。

源極是指電子進入晶體管的地方。根據柵電壓，晶體管柵極在柵極下信道可以為開或關，類似于電燈開關的開啟和關閉。如果柵極允許信號通過信道，那么漏極會移動電子到電路中的下一個晶體管。理想的晶體管在開啟時能允許大量電流通過，而關閉時則應幾乎不讓任何電流通過，而且每秒會在開/關狀態間切換數十億次。切換速度是決定每個IC性能的基本參數。芯片設計公司將晶體管安排組織在各種電路中，再依次安排組織在功能模塊（如處理器、存儲器和邏輯塊）中。這樣，這些模塊也能安排組織起來構成多種IC，實現多種神奇的電子設備功能，讓我們受益匪淺。

自1960年代以來，半導體產業推出了一系列芯片創新技術，創新步伐與摩爾定律同步，也就是說每隔兩年IC中的晶體管數量就會翻番。晶體管數量的翻番意味著今天的尖端IC包含數十億個與二十世紀60年代芯片尺寸大小相同的晶體管，但運行速度呈指數級上升，功耗則呈指數級下降，電壓為1.2V乃至更低。今天，晶體管非常微小，有些甚至只有幾十個原子那么寬。

圖1 –2D傳統平面晶體管（a）和3DFinFET晶體管（b）的柵極位置不同

跟上摩爾定律的發展步伐

面對半導體的進一步發展似乎受現實物理條件限制的情況，業界一直在努力跟上摩爾定律的發展步伐。過去10多年來，工藝技術專家努力確保平面晶體管的電子完整性。簡而言之，平面晶體管的源極、柵極和漏極都非常小，性能要求又極高，因此這些晶體管已經不足以控制其中電子的流動。電子可能會外泄，或者即便器件關閉也可能從漏極流出。

對手機等電池供電設備而言，這就意味著電池耗電速度加快，即便手機關機也會快速耗電。對AC供電設備而言（即使用墻上插頭供電的電器），這就意味著設備會浪費電力，而且更容易發熱。如果熱量過高，又不采取制冷散熱措施，就會縮短產品的使用壽命，因為漏電會產生熱量，而熱量又會增加漏電。當然，制冷也會對設備造成額外的成本。泄漏問題對130nm工藝節點的半導體是最顯而易見的。在這個泄漏問題極其嚴重的時代，微軟不得不因為過熱問題召回全球的Xbox 360。泄漏問題也是微處理器企業不得不采用效率較低的多核處理器、而不能使用速度更快但熱量高得多的單處理器架構的原因之一。