В последние годы мир полупроводниковых технологий сталкивается с постоянными вызовами, связанными с уменьшением размеров транзисторов и увеличением их производительности. Одним из самых перспективных направлений в этой области является разработка транзисторов с полным контрольным затвором (GAA FET), которые обещают стать основой для следующего поколения интегральных схем. Недавно группа исследователей из Университета Ханянг и компании Alsemy представила новую нейронную компактную модель, которая позволяет оценивать влияние деформации на производительность GAA FET транзисторов. Данная модель была разработана в рамках исследования, опубликованного в журнале IEEE Journal of the Electron Devices Society, которое подробно рассматривает влияние механического напряжения на производительность логических схем на основе GAA CMOS. Эти транзисторы, размеры которых уже достигли менее 3 нм, требуют все более сложных моделей для точного прогнозирования их поведения в различных условиях эксплуатации.
Основной задачей, поставленной перед учеными, было выяснить, как деформация, обусловленная несовпадением решеток между каналом транзистора и его источником/стоком, влияет на его электрические характеристики. В этом контексте используется 3D-сimulation, осуществленная с помощью технологических компьютерных средств проектирования (TCAD), что позволяет получить более точные результаты по сравнению с традиционными 2D-моделями. Модель использует данные, полученные в результате трёхмерного моделирования, для тренировки нейронной сети. Это позволяет значительно улучшить точность прогноза производительности GAA транзисторов под действием различных напряжений – как сжатия, так и натяжения. Ученые откалибровали транспортные модели, опираясь на продвинутые методы Монте-Карло, что обеспечило высокую степень соответствия оригинальным результатам симуляций – ошибка не превышает 1%.
С помощью новой нейронной компактной модели ученые провели SPICE-симуляции для оценки производительности цепей, включая 5-ступенчатый кольцевой осциллятор и логическую схему NAND. Результаты показали, что использование деформированных GAA FET приводит к значительному улучшению временных характеристик. Например, время задержки для 5-ступенчатого кольцевого осциллятора сократилось с 3,60 пс до 2,85 пс, в то время как мощность-задержка для логической схемы NAND улучшилась на 13,8% до 15,5% в зависимости от последовательности входного напряжения. Эти результаты подчеркивают важность учета деформации в современных транзисторах для их устойчивой работы и повышения общей производительности управляемых схем. Возможность гибко управлять деформацией германиевых или кремниевых каналов открывает новые перспективы в проектировании высокопроизводительных и энергоэффективных микросхем.
Кардинальное улучшение процессов проектирования и моделирования полупроводниковых устройств пациенту сложность архитектур чипов становится возможным благодаря всему этому спектру технологий анализа и предсказаний, которые внедряются в современное производство. В то время как ранее процесс проектирования замедлялся из-за необходимости тестирования и верификации различных компонентов, теперь, благодаря нейронным сетям и динамическим моделям, различия в мощностях можно оценивать гораздо быстрее. Не стоит упускать из виду, что работа с такими сложными системами требует непрерывной интеграции новых технологий, что заставляет специалистов по полупроводникам и производителям оставаться на передовых позициях, готовыми к быстрой адаптации к ведущим изменениям рынка и научных исследований. В качестве знакового шага вперед в производстве GAA транзисторов, работа с напряжением также подразумевает использование различных материалов, что является ключевым аспектом их производительности. Совершенно очевидно, что идея использования нейронных сетей в моделировании полупроводниковых устройств не только упрощает процесс проектирования, но и позволяет создавать более эффективные схемы, которые лучше адаптируются к более сложным требованиям будущей электроники.
Интересный аспект этого исследования заключается в том, что оно активно гармонизирует различные направления – от разработки новых материалов до усовершенствования методов моделирования и оценки производительности. Эти достижения создают устойчивую основу для будущих инноваций в области проектирования микросхем и значительного роста производительности устройств. Уже сейчас ведущие компании активно исследуют возможности внедрения GAA технологий в свои новые разработки, стремясь занять сильные позиции на рынке. Упрощая доступ к данным и делая анализа производительности более прозрачным, исследование, проведенное Университетом Ханянг и Alsemy, служит ориентиром для других групп исследователей и компаний. Тенденции в области полупроводниковой промышленности продолжают меняться, и внедрение нейронных сетей для создания моделей транзисторов, таких как GAA FET, является лишь началом пути.
С каждой новой адаптацией и разработкой, ученые и инженеры порождают множество идей, которые обеспечат устойчивый рост и развитие отрасли. Важно отметить, что инновации в этой области становятся все более необходимыми, поскольку мир стремительно движется к созданию более компактных, мощных и энергоэффективных решений для электроники. Таким образом, задача сохранения конкурентоспособности в высокотехнологичном мире теперь требует не только традиционного подхода к проектированию, но и внедрения новых методов анализа, таких как нейронные сети, которые способны работать в бесконечно сложном пространстве возможных решений. Это создает уникальную возможность для будущих исследований и разработок в области полупроводников, открывая двери к новым горизонтам в процессе проектирования и производства микросхем.
