Rehber MOSFET, FinFET ve GAAFET nedir? | Transistör tasarımları

Günümüzde FinFET yerini yavaş yavaş GAA’e bırakırken bu transistör terimlerinin ne anlama geldiklerini merak etmişsinizdir. Ama bundan önce transistörleri öğrenmemiz gerekiyor.

Transistörlerin yapısı
Transistörler akımı kontrol etmekle görevlidir. Voltaj gate’e geldiğinde akım devam eder, gelmediğinde kapanır. Transistörler elektrik sinyallerinin yükseltilmesinde de görevlidir. Temelde transistörler birkaç farklı bölümden oluşur:

• Source (S): Elektronlar burada başlatılır. Suyu akıma benzetirsek suyun musluğa girdiği yer oluyor.
• Drain (D): Burası transistörün çıkışı görevi görür. Musluğun başı gibi düşünebilirsiniz.
• Gate (G): Kanalın akımı geçip geçirmeyeceğini belirler. Eğer voltaj gelirse akım devam ettirilir. Bunu da musluğun kolu gibi hayal etmek mümkün.
• Kanal (C): Burası da akımın geçtiği yoldur. Musluğun gövdesi gibi düşünün.

Biraz daha eskiye gidelim. Önceden 2D transistörler olan Planar MOSFET kullanılıyordu. Bu transistörlerde kanal tamamen düzdür ve gate sadece üstten kontrol edilebilir. Tek bir yerden kontrol edilmesini bir tüneli tek kamera ile kontrol etmeye benzetebilirsiniz. Bu durum 28-22nm değerlerine indikçe sızıntı ihtimalini artırdı ve kontrol yetisini olumsuz etkiledi. Sızıntı da verimliliğe darbe vurulması demektir. FinFET buna çare olarak üretilen 3D bir transistör. Kanal artık yukarı doğru uzanan bir “yüzgeç” şeklindedir (FinFET’in açılımdaki fin kelimesi de buradan gelir.) ve Planar MOSFET’in aksine kanalı üç farklı taraftan (İki yan ve üst şeklinde) kontrol eder. Bu sayede düşük nanometrelerde sızıntı azalır ve kontrol daha kolay olur. 4nm’ye kadar da bu transistörler kullanışlıydı. Fakat daha da düşük nanometrelere inildiğinde FinFET’in de sunduğu çözüm yetersiz kalıyor. Sızıntılar artıyor ve fiziksel sınırlarını korumakta zorlanıyor. FinFET bahsettiğim o fin’li yapısı nedeniyle daha küçük değerlerde sorun çıkarıyor. Burada GAA devreye giriyor.

GAAFET nedir?
GAA yani Gate-All-Around, isminden de anlaşılacağı üzere gate’in çevresini tamamen sarar. Ayrıca fin teknolojisi yerine nanosheet kullanır. Bu sistem geniş ama ince bir kanal sağlar. Bu sayede akımı kontrol etmek çok daha kolaydır ve sızıntılar en aza iner.



Görselle anlatmak gerekirse gate'in hangi yönlerden işlem yaptığını görebilirsiniz. Yeşil oklar yönleri ifade ediyor. Ek olarak, GAA ile channel yani kanal yapılarının artık geniş ve ince olduğunu fark etmek de mümkün.

Üreticilerin geçiş süreçleri ise şu şekilde:

• TSMC, 2nm ile GAA sürecini başlattı. %30 civarı performans artışı bekleniyor.
• Samsung Foundry, 3nm ile GAA’e geçti. Buna MBCFET adı verildi. Samsung’un iddia ettiğine göre MBCFET, FinFET’e göre %35’lik performans artışı ve %50’ye varan verimlilik artışı sağlayacak.
• Intel ise 20A (2nm eşdeğeri) ile geçiş yapıyor. Intel de RibbonFET adını verdiği nanosheet tabanlı GAA transistörlerini kullanıyor. Intel, GAA ile PowerVIA adını verdiği bir arkadan güç dağıtımı teknolojisini birleştirerek kullanıyor.
• Diğer dökümhaneler ise henüz GAA sürecine geçemedi.

Uzun lafın kısası bizi yeni bir dönem bekliyor. GAA hala geliştirilen bir tasarım, gelecekte neye evrileceğini göreceğiz. Yonga birimlerinin daha verimli çalışacağı kesin gözüküyor.