最后的硅晶体管，纳米片器件也许是摩尔定律演进的最后一步

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电荷载流子完全桥接源极和漏极后，电流即可通过。 将栅极电压降至接近于零，会关闭传导通路。

当然，要使电流从源极流向漏极，首先需要在沟道上设置电压。 随着晶体管结构越来越小，这种电压带来的影响最终会导致晶体管历史上最大的形状变化。

这是因为源极-漏极电压可以在电极之间形成自身的导电区域。 随着每一代晶体管诞生，沟道区域越来越短，漏极电压的影响也越来越大。 电荷会泄漏到栅极附近区域下方，从而导致晶体管永远不会完全关闭，浪费电能并产生热量。

为了阻止多余的电荷流，沟道区域必须变薄，从而限制电荷通过的路径。 栅极需要从多个侧面环绕沟道。 因此，鳍式场效应晶体管（FinFET）应运而生。 其沟道区域的两侧向上倾斜，在源极和漏极之间形成了一个细长的“硅鳍”，为电流流通提供了更宽的通道。 之后栅极和电介质以三面而非一面覆盖在鳍上。

FinFET无疑取得了巨大成功。 虽然FinFET在十多年前就已问世，但直到2011年，英特尔才率先推出了商业化的22纳米节点FinFET，三星、台积电等公司紧随其后。 从那时起，在摩尔定律扩展的最后阶段，它始终是尖端硅逻辑的主力。 可惜花无百日红。

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FinFET无法向3纳米节点推进。 十多年前，我们三人和其他人一样，以这样或那样的形式预见到了这一点。

尽管FinFET性能优越，但它自身也存在着问题。 首先，它引入了一个原“平面”晶体管没有的设计缺陷。 要认清这个问题，必须了解到，在晶体管的速度、功耗、制造复杂性和成本之间需要相互权衡。 这种权衡与沟道宽度有很大关系，沟道宽度在器件设计领域称为Weff。 宽度增大意味着可以驱动更多的电流，更快地开关晶体管，但这也会导致制造过程更复杂、成本更高。

在平面器件中，可以通过调整沟道的几何形状来进行平衡，但是FinFET鳍的灵活性欠佳。 连接晶体管形成电路的金属互连线成层地排布在晶体管之上。 正因如此，在不干扰互连层的情况下，晶体管鳍的高度（相当于平面设计中的宽度）不能发生太大变化。 如今，芯片设计师通过制造具有多个鳍的单个晶体管来解决这一问题。

FinFET的另一个短板是，它的栅极仅三面环绕矩形硅鳍，使得底部与硅体相连，因而泄漏电流可以在晶体管关闭时流动。 许多研究人员推断，要实现对沟道区域的终极控制，栅极需要完全将其环绕。

至少在1990年，研究人员就已经得出这一合乎逻辑的结论。 当年，研究人员报道了首个栅极完全环绕沟道区域的硅器件。 从那时起，便有一代研究人员致力于环绕式栅极。 到2003年，研究人员试图最大程度地减少泄漏，将沟道区域变成一条狭窄的纳米线。 纳米线连接着源极和漏极，并被栅极四面环绕。

那么，为何环绕式纳米线无法构成最新晶体管的基础？ 同样，还是沟道宽度的问题。

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