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Neues Transistordesign reduziert Leistungsaufnahme

IBM und Samsung haben ein neues Transistordesign entwickelt, das die Leistungsaufnahme von Prozessoren um 85 Prozent senken oder die Performance verdoppeln soll. Ein solcher VTFET leitet Ströme nicht mehr seitlich durch ein Schaltelement, sondern vertikal und könnte in Chips jenseits der 2-nm-Generation zum Einsatz kommen.

Vertical-Transport Field Effect Transistors, kurz VTFETs, sollen in einigen Jahren die elektrische Charakteristik von Prozessoren, Grafikchips und anderen Halbleiterbauelementen erheblich verbessern. State of the Art in den Fertigungsprozessen etwa bei Intel, Samsung und TSMC sind derzeit finFETs, also FETs (Feldeffektransistoren) mit finnenförmiger Gate-Elektrode. Allerdings erfordern ihre elektrostatische Eigenschaften wie parasitäre Leckströme bisher eine Mindestgröße des Transistors und Dummy-Schaltungen für hohe Taktfrequenzen.

Bei VTFETs hingegen entfallen diese Limitierungen. Zum einen nutzen sie das Nanosheet-Prinzip, also IBMs Variante der GAA-Technik (Gate-All-Around). Bei GAA-FETs ist der leitende Kanal des Feldeffekttransistors auf allen Seiten von der Gate-Elektrode umgeben, was die Leistungscharakteristik verglichen mit finFETs bereits verbessert. Zum anderen fließen die elektrischen Ströme beim VTFET nicht mehr horizontal durch ein Schaltelement, sondern vertikal, also U-förmig durch Trägermaterial und Transistor. Das erhöht die Packungsdichte der Transistoren, verbessert den Energiefluss und reduziert Leckströme.