英特爾宣布，22nm三柵極（Tri-Gate）的革命性3D晶體管將批量生產(chǎn)，還將在2011年底前批量投產(chǎn)研發(fā)代號為Ivy Bridge的22nm微處理器芯片，首先用于筆記本電腦、服務(wù)器和臺式機。其革命性體現在把已延續了50多年的2D平面晶體管結構突破到了3D結構且可批量生產(chǎn)，這堪稱(chēng)一個(gè)里程碑式的標志。目前，除了英特爾之外，還沒(méi)有其他任何一家廠(chǎng)商可以做到這一點(diǎn)。

雖然英特爾沒(méi)有公布3D結構晶體管用于低功耗凌動(dòng)處理器的具體時(shí)間表，但英特爾大連芯片廠(chǎng)總經(jīng)理兼技術(shù)與制造事業(yè)部亞洲區發(fā)言人Kirby Jefferson表示：“會(huì )很快。”由此可以預期，一旦采用3D三柵極晶體管的凌動(dòng)處理器進(jìn)入市場(chǎng)，在低功耗、低成本的嵌入式領(lǐng)域必將掀起一場(chǎng)滔天巨浪。屆時(shí)，I-A（英特爾與ARM）大戰將正式進(jìn)入貼身白熱化的程度，ARM將面臨來(lái)自22nm工藝3D三柵極晶體管技術(shù)的強勁挑戰。

隨著(zhù)英特爾3D三柵極晶體管消息的發(fā)布，ARM股價(jià)應聲狂跌了7.3%，而英特爾股價(jià)則趁勢上漲了1.95%。不管未來(lái)I-A戰役雙方勝負結果如何，可以肯定的是，消費者將會(huì )享受到價(jià)格更低、功耗更小、性能更高的嵌入式消費電子產(chǎn)品帶來(lái)的愉悅體驗。

下面來(lái)看看3D三柵極晶體管的技術(shù)特性。在低電壓時(shí)，22nm工藝的3D三柵極晶體管比此前的32nm平面晶體管柵極延遲，即開(kāi)關(guān)速度快了37%，功耗降低了50%。

圖1 英特爾3D三柵極晶體管結構圖

那么上述特性是如何實(shí)現的呢？傳統扁平的2D平面晶體管只在頂部有一個(gè)柵極，英特爾的研發(fā)人員將2D平面柵極“拔”高成了相當薄的、從硅基體垂直豎起的3D硅鰭狀物（見(jiàn)圖1）。這樣，在鰭狀物的兩側和頂部各有一個(gè)柵極，形成導電通道，增加了反型層面積，提高了次臨界斜率，降低了漏電流和臨界電壓，進(jìn)而實(shí)現電流控制。使晶體管在“開(kāi)”的狀態(tài)下讓盡可能多的電流通過(guò)，而在“關(guān)”的狀態(tài)下盡可能讓電流接近零，降低了功耗；同時(shí)還能在兩種狀態(tài)之間迅速切換，開(kāi)關(guān)速度快就可以提高晶體管性能。這種情況下，制造成本只增加了2-3%。英特爾3D三柵極晶體管與32nm平面晶體管對比、3D三柵極晶體管與2D平面晶體管的通道電流與柵極電壓特性曲線(xiàn)比較分別如圖2和圖3所示。

圖2 英特爾22nm 3D三柵極晶體管與32nm平面晶體管對比

圖3 英特爾3D三柵極晶體管與傳統2D平面晶體管的通道電流與柵極電壓特性曲線(xiàn)比較

另外，由于Bulk 晶體管、部分耗盡型SOI（PDSOI）晶體管屬于未完全耗盡型晶體管，而全耗盡型SOI（FDSOI）需要昂貴的超薄SOI 晶圓，整體制程成本增加了大約 10%。因此，英特爾沒(méi)有采用上述技術(shù)。

3D三柵極晶體管結構還提供了一種管理晶體管密度的方式，由于這些鰭狀物本身是垂直的，晶體管也能更緊密地封裝，這是摩爾定律追求的技術(shù)和經(jīng)濟效益的關(guān)鍵所在。未來(lái)，設計師還可以不斷增加鰭狀物的高度，從而獲得更高的性能和能效。

據悉，英特爾專(zhuān)門(mén)在全球同步的美國發(fā)布會(huì )上展示了22nm工藝的Ivy Bridge微處理器，可用于筆記本電腦、服務(wù)器和臺式機�；�于Ivy Bridge的酷睿系列處理器將是首批采用3D三柵極晶體管進(jìn)行批量生產(chǎn)的芯片。