本周，在 2021 年 VLSI 技术和电路研讨会 (VLSI 2021) 上，世界领先的纳米电子和数字技术研究和创新中心 imec 首次展示了全功能集成叉片场效应晶体管 (FET)短通道控制 (SSSAT=66-68mV/dec) 可与低至 22 nm 栅极长度的环栅 (GAA) 纳米片器件相媲美。双功函数金属栅极以 17 纳米间距集成在 n 和 pFET 之间，突出了 forksheet 器件用于高级 CMOS 面积缩放的关键优势。

叉片器件最近被 imec 提出作为最有前途的器件架构，以扩展 GAA 纳米片器件的生成，并具有超出 2 纳米技术节点的额外缩放和性能。与纳米片器件不同，这些片现在由三栅分叉结构控制——通过在栅极图案化之前在 p-和 nmOS 器件之间引入介电壁来实现。该壁将 p 栅极沟槽与 n 栅极沟槽物理隔离，允许比 FinFET 或纳米片器件更紧密的 n 到 p 间距。早期基于 TCAD 模拟的技术评估显示出卓越的面积和性能可扩展性。性能提升主要归因于减小的米勒电容——由于更小的栅漏重叠。

Imec 首次展示了其叉板器件的电气特性，该器件通过使用 300 毫米工艺流程成功集成，栅极长度低至 22 纳米。发现 n- 和 pFET 都具有两个堆叠的硅通道，都具有完整的功能。它们的短通道控制 (SSSAT = 66-68mV) 与在同一晶片上共集成的垂直堆叠纳米片器件的短通道控制相当。对于 forksheet 器件，使用替代金属栅极流在 17 nm 的 np 空间(约为最先进的 FinFET 技术中的间距的 35%)集成了双功函数金属栅极，突出了一个新设备架构的主要优势。

“从 2022 年开始，预计当今领先的 FinFET 晶体管将逐渐让位于大批量制造中的垂直堆叠纳米片晶体管，因为 FinFET 无法在缩放尺寸上提供足够的性能，” CMOS 主管 Naoto Horiguchi 解释说imec 的设备技术。“然而，工艺限制将限制纳米片的 n 和 p 器件可以组合在一起的距离，挑战进一步降低电池高度。新的叉片器件架构——GAA 纳米片器件的自然演变——有望推动这个限制，允许轨道高度从 5T 缩放到 4.3T，同时仍然提供性能增益。或者，通过叉板设计，可用空间可用于增加板宽度，从而进一步提高驱动电流。器件架构以无中断方式利用纳米片集成将逻辑和 SRAM 缩放路线图扩展到 2 nm 以上。”