GAAFET,全栅场效应晶体管,也称为全环栅晶体管,是一种新型的环绕式栅极场效应晶体管技术。GAAFET是最有竞争力的FinFET的替代产品,其通道控制能力更强,可抑制漏电流产生,在提高晶体管性能的同时可减小其尺寸,且能耗更低。GAAFET是一种实现更先进工艺制程芯片的重要晶体管工艺。
半导体技术不断进步,集成电路遵循摩尔定律,每约18个月其上集成的晶体管数量会增加一倍,这就要求晶体管尺寸需要缩小到原来的一半,并且性能还需提升。芯片工艺制程达到22nm时,由于漏电流概率提升、电子迁移率降低,传统的MOSFET工艺已不再适用,FinFET成为主流晶体管工艺,一直应用到5nm芯片制造中。当芯片工艺制程达到3nm时,FinFET达到物理极限,漏电流概率提升,影响晶体管性能稳定性。
目前,三星计划在3nm芯片、英特尔计划在5nm芯片制造中采用GAAFET工艺,台积电计划在第一代3nm芯片中依然采用FinFET工艺,但计划在2nm芯片中采用GAAFET工艺。在半导体巨头的带动下,未来全球最先进工艺制程芯片制造中,GAAFET将取代FinFET成为主流晶体管工艺。
在全球范围内,GAAFET相关厂商主要有荷兰恩智浦半导体(NXP semiconductors)、瑞士意法半导体(STMicroelectronics)、德国英飞凌半导体(Infineon Technologies)、德国艾赛斯(IXYS)、美国功率集成(Power Integration)、美国英特尔(Inter)、美国仙童半导体(Fairchild Semiconductor)、韩国三星(SAMSUNG)、日本东芝(Toshiba)、日本瑞萨电子(Renesas)等。
GAAFET是一种新的晶体管工艺,可推动半导体产业技术进步。虽然GAAFET在取代FinFET方面已成业内共识,但仍面临着技术挑战,例如包括沟道形成工艺在内的关键技术壁垒高,制造流程复杂,目前良品率较低,产品成本较高。GAAFET生产对企业的设计、开发、制造等实力要求高,并需要专用的生产设备,短期来看,仅能够应用在最先进的工艺制程芯片中。
FinFET在5nm及以上工艺制程芯片制造中处于主导地位,目前,5nm、7nm芯片在手机、电脑中仍是主流产品,在其他场景中14nm芯片也被广泛应用。新思界
行业分析人士表示,短期来看,FinFET仍将是主流的晶体管工艺,受技术壁垒、性价比限制,GAAFET在5nm及以上工艺制程芯片中难以取代FinFET。但长期来看,2022年9月,台积电3nm芯片即将量产,2023年将稳定量产,三星、英特尔将跟进,未来3nm及以下工艺制程芯片应用比例将逐步攀升,GAAFET的市场空间将不断增大。