英特爾公司日前宣布，該公司在基礎(chǔ)晶體管設(shè)計(jì)方面取得了一個(gè)最重大的突破，采用兩種完全不同以往的晶體管材料來(lái)構(gòu)建45納米晶體管的絕緣“墻”和切換“門(mén)”。在下一代英特爾酷睿2雙核、英特爾酷睿2四核以及英特爾至強(qiáng)系列多核處理器中，將置入數(shù)以億計(jì)的這種微觀晶體管或開(kāi)關(guān)。英特爾公司同時(shí)宣布已有五種早期版本的產(chǎn)品正在運(yùn)行，這是公司計(jì)劃中的15款45納米處理器產(chǎn)品的第一批。

在臺(tái)式機(jī)、筆記本和服務(wù)器領(lǐng)域，晶體管技術(shù)的提升使得公司不但能夠繼續(xù)創(chuàng)造出處理器計(jì)算速度的全新紀(jì)錄，同時(shí)還會(huì)減少晶體管的漏電量。這種漏電會(huì)影響芯片和PC的設(shè)計(jì)、規(guī)格、功耗、噪音以及成本。同時(shí)，這一突破也會(huì)保證摩爾定律在下一個(gè)十年繼續(xù)有效。摩爾定律是高科技產(chǎn)業(yè)的基本規(guī)律，即晶體管數(shù)量每?jī)赡攴环?/p>

英特爾公司相信，生產(chǎn)出新一代45納米系列產(chǎn)品（研發(fā)代碼為Penryn）中的首批可工作45納米處理器，標(biāo)志著英特爾在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)領(lǐng)先至少一年。面向五大不同計(jì)算機(jī)細(xì)分市場(chǎng)的早期45納米處理器版本，正在運(yùn)行Windows Vista， Mac OS X， Windows XP和Linux等操作系統(tǒng)以及其它應(yīng)用程序。英特爾按計(jì)劃將在2007年下半年交付投產(chǎn)45納米處理器。

英特爾在45納米晶體管中創(chuàng)造性地采用全新高-k柵介質(zhì)和金屬柵極材料

英特爾率先將新材料創(chuàng)新性地組合，在其45納米工藝技術(shù)方面極大地減少了晶體管漏電量，同時(shí)提高處理器性能。英特爾將采用專有的新型高-k介質(zhì)材料作為晶體管柵介質(zhì)，同時(shí)采用新型金屬材料組合作為晶體管柵電極。

英特爾公司聯(lián)合創(chuàng)始人戈登·摩爾（Gordon Moore）指出，“采用高-k柵介質(zhì)和金屬柵極材料，是自上世紀(jì)60年代晚期推出多晶硅柵極金屬氧化物半導(dǎo)體（MOS）晶體管以來(lái)，晶體管技術(shù)領(lǐng)域里最重大的突破?！?/p>

晶體管是處理數(shù)字世界0、1組合的微型開(kāi)關(guān)。柵用來(lái)打開(kāi)或閉合晶體管，而柵介質(zhì)是用來(lái)將柵從電流通道隔離出來(lái)的絕緣體底層。金屬柵極和高-k柵介質(zhì)的組合使晶體管漏電量非常低，性能大為提升。

英特爾高級(jí)院士Mark Bohr指出：“隨著越來(lái)越多的晶體管被集成到一個(gè)硅晶片上，業(yè)界一直在研究電流泄露問(wèn)題的解決方案，我們的工程師和設(shè)計(jì)人員已經(jīng)取得了重大突破，確保了英特爾在產(chǎn)品和創(chuàng)新方面的領(lǐng)導(dǎo)地位。我們?cè)?5納米工藝技術(shù)方面采用了新型高-k柵介質(zhì)和金屬柵極晶體管，將幫助英特爾公司針對(duì)我們已經(jīng)成功推出的英特爾酷睿2和至強(qiáng)系列處理器，推出速度更快、能效更高的多核產(chǎn)品，并使摩爾定律在下一個(gè)十年繼續(xù)發(fā)揚(yáng)光大?！?/p>

相比較而言，一個(gè)人類紅血球表面即可容納大約400個(gè)英特爾公司的45納米晶體管。就在10年前，當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的工藝技術(shù)還是250納米的，當(dāng)時(shí)晶體管尺寸約是以英特爾今天宣布的技術(shù)實(shí)現(xiàn)的晶體管尺寸的5.5倍，面積約為現(xiàn)在的30倍。

根據(jù)摩爾定律，一個(gè)芯片上的晶體管數(shù)量每?jī)赡陰缀醴槐?。因此，英特爾有能力?chuàng)新并集成產(chǎn)品，加入更多特性和計(jì)算處理核心，提高性能，并降低制造成本和單個(gè)晶體管生產(chǎn)成本。為保持創(chuàng)新速度，晶體管必須不斷縮小。但是，使用現(xiàn)有的材料，晶體管的縮小能力幾乎已經(jīng)達(dá)到極限，因?yàn)殡S著晶體管尺寸已經(jīng)達(dá)到原子級(jí)，功耗和發(fā)熱的問(wèn)題日益嚴(yán)重。因此，采用新材料已經(jīng)成為摩爾定律和信息時(shí)代經(jīng)濟(jì)學(xué)未來(lái)發(fā)展的必然要求。

英特爾45納米工藝技術(shù)中的高-k柵介質(zhì)和金屬柵極材料

采用氧化硅制造晶體管柵介質(zhì)已有40余年，主要是由于其可加工能力，并且隨著氧化硅被加工得越來(lái)越薄，晶體管性能也取得了穩(wěn)步提高。英特爾在其此前的65納米工藝技術(shù)中，已經(jīng)成功將氧化硅柵介質(zhì)的厚度縮小至1.2納米（相當(dāng)于五個(gè)原子層），但是不斷縮小也使柵介質(zhì)的漏電量逐步增加，導(dǎo)致電流浪費(fèi)和不必要的發(fā)熱。

晶體管柵漏電與不斷變薄的氧化硅柵介質(zhì)有關(guān)，這一點(diǎn)已經(jīng)被業(yè)界視為過(guò)去10年來(lái)摩爾定律面臨的最大技術(shù)挑戰(zhàn)之一。為解決這一棘手問(wèn)題，英特爾公司在柵介質(zhì)中采用厚度更大的鉿基高-k材料取代氧化硅，與過(guò)去40多年中一直使用的氧化硅相比較，漏電量減少了10多倍。

由于高-k柵介質(zhì)與當(dāng)今的硅柵電極不兼容，因此，英特爾45納米晶體管材料的另一方面是開(kāi)發(fā)新的金屬柵極材料。雖然英特爾采用的特定金屬仍未公開(kāi)，但可知的是，英特爾將在晶體管柵電極中采用不同金屬材料的組合。

在英特爾45納米工藝技術(shù)中，高-k柵介質(zhì)與金屬柵極的組合，使驅(qū)動(dòng)電流或晶體管性能提高了20%以上。同時(shí)，使源極-漏極漏電降低了5倍以上，大幅提高了晶體管的能效。

英特爾公司的45納米工藝技術(shù)也使晶體管密度比上一代工藝提高了大約兩倍，使英特爾能夠增加總體晶體管的數(shù)量或縮小處理器的大小。由于45納米晶體管遠(yuǎn)小于上一代晶體管，因此，晶體管開(kāi)關(guān)所需能量也大為減少，使主動(dòng)切換耗電大約降低了30%。英特爾在45納米接頭中將采用低-k電介質(zhì)的銅線，也是為了提高性能、降低功耗。同時(shí)，英特爾也將采用創(chuàng)新的設(shè)計(jì)規(guī)則和先進(jìn)的掩模技術(shù)，拓展193納米干式光刻技術(shù)的應(yīng)用來(lái)制造其45納米處理器，這主要得益于其成本優(yōu)勢(shì)和較高的可加工能力。

Penryn系列處理器將帶來(lái)更高能效表現(xiàn)

英特爾公司每隔一年即推出一代新工藝技術(shù)和新的微體系架構(gòu)，Penryn系列處理器秉承英特爾酷睿微體系架構(gòu)優(yōu)勢(shì)，是英特爾高節(jié)奏技術(shù)進(jìn)程中的下一步。英特爾以領(lǐng)先的45納米工藝技術(shù)、大批量生產(chǎn)能力以及領(lǐng)先的微體系架構(gòu)設(shè)計(jì)，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出首批可實(shí)用的45納米工藝Penryn處理器樣品。

英特爾正在開(kāi)發(fā)的45納米工藝產(chǎn)品超過(guò)15種，涵蓋臺(tái)式機(jī)、筆記本、工作站和企業(yè)版產(chǎn)品領(lǐng)域。45納米雙核處理器中含有4億多個(gè)晶體管，四核處理器中含有8億多個(gè)晶體管，Penryn系列處理器采用了全新的微體系架構(gòu)特性，擁有更強(qiáng)的性能和電源管理能力，更高的核心速度以及高達(dá)12兆字節(jié)的緩存。Penryn系列處理器的設(shè)計(jì)也帶有大約50條新的英特爾SSE4指令，拓展了針對(duì)媒體和高性能計(jì)算應(yīng)用的能力和性能。