FinFET，当今半导体行业最主流的技术

在FinFET（鳍式场效晶体管）发明之前，半导体行业普遍采用的是Bulk CMOS工艺技术进行半导体的生产制作。不过，Bulk CMOS工艺技术有一个非常大的缺陷，那就是当半导体栅极长度逼近20nm大关时，对电流控制能力急剧下降，漏电率相应提高，也就是说利用Bulk CMOS工艺技术生产的半导体，其制程极限为20nm。

早在1999年前后，美国就已经意识到这个问题的严重性了，并且预测到2010年时Bulk CMOS（体硅）工艺技术会在20nm走到尽头。于是，由美国国防部高级研究计划局（DARPA）出资赞助，胡正明教授在美国加州大学领导着一个研究小组开始研究如何让CMOS技术拓展到25nm及以下领域。

当时胡教授提出了有两种解决途径：一种立体型结构的FinFET晶体管（鳍式晶体管，1999年发布)，另外一种是基于SOI的超薄绝缘层上硅体技术 (UTB-SOI，也就是FD-SOI晶体管技术，2000年发布)。

FinFET和FD-SOI工艺的发明得以使10nm/14nm/16nm摩尔定律在今天延续传奇。也就是说，在现在的半导体行业，其实只有2种技术方向，FinFET和FD-SOI，而无论哪种方向，其背后的发明人都是胡正明教授。

就现在的半导体工业而言，FinFET技术无疑是各大半导体科技厂商的首选，因为无论台积电、三星电子还是英特尔（Intel）选择的都是FinFET技术作为自己的主流技术方向，而选择FD-SOI作为自己主流技术方向的科技大厂则几乎只有格罗方德一家，而格罗方德无疑是以上几个半导体巨头中技术实力最为薄弱的一个。就近几年的半导体发展来看，以台积电和三星为代表的FinFET无疑是在一路高歌猛进，而选择FD-SOI的战果则实在难看，甚至连14纳米都没能开发出来，最后还得向三星寻求FinFET授权。

这里简单地讲解一下FinFET技术，FinFET是由胡正明、Tsu-Jae King-Liu、Jeffrey Bokor 等三位教授发明了，实现了两点突破，一是把晶体做薄后解决了漏电问题，二是向上发展，晶片内构从水平变成垂直即二维变成三维。

FinFET结构看起来像鱼鳍，所以也被称为鳍型结构，其最大的优点是Gate三面环绕D、S两极之间的沟道（通道），实际的沟道宽度急剧地变宽，沟道的导通电阻急剧地降低，流过电流的能力大大增强；同时也极大地减少了漏电流的产生，这样就可以和以前一样继续进一步减小栅长。

FinFET呈立体板状结构，闸极与通道之间的接触面积变大了，即使擅长缩小到 20nm以下，仍然可保留很大的接触面积，可以控制电子是否能由源极流到漏极，因此可以更妥善的控制电流，同时降低漏电和动态功率耗损。这就是为摩尔定律“续命”的原因了。

至于FD-SOI，其实FD-SOI并比FinFET落后。与FinFET技术相比，FD-SOI的优势其实更为明显。

FD- SOI（全耗尽绝缘层上硅）技术仍然采用平面型晶体管，其硅薄膜可自然地限定源漏结深，同时限定了源漏结的耗尽区，从而可改善DIBL(漏致势垒降低)等短沟道效应，改善器件的亚阈特性，降低电路的静态功耗。此外，FD-SOI晶体管无需沟道掺杂，可以避免RDF（随机掺杂涨落)等效应，从而保持稳定的阈值电压，同时还可以避免因掺杂而引起的迁移率退化。

体偏压技术(body-bias)是FD-SOI技术所独有的特点，也是让该技术最受关注的特点。通过把硅做得极薄，让它可以全部耗尽，所以不会再漏电流。如果再将氧化硅层做的非常薄，同时放入偏置装置(bias)，就可以调节控制这个晶体管。如果放入的是正偏压，可以实现性能快速增强;如果放入的是负偏压，我们实际上可以关掉该装置。让它实现很低的漏电流，大概是1pA/micron的水平。

FD-SOI向后兼容传统的成熟的基板CMOS工艺。