Planarer MOSFET vs. FinFET: Warum die Industrie gewechselt hat
Ein planarer MOSFET hat sein Gate oberhalb eines flachen Kanals, sodass das Gate den Kanal nur von einer Seite steuert. Als die Gates kürzer als etwa 20 nm wurden, begann der Drain den Kanal zu stark zu beeinflussen, und Leckstrom und Kurzkanaleffekte nahmen zu. Ein FinFET hebt den Kanal in eine dünne senkrechte Finne und umschließt sie auf drei Seiten mit dem Gate, was eine deutlich bessere Kontrolle ergibt. Deshalb wechselte die Logik ab den Knoten 22 nm und 16/14 nm von planaren Transistoren zu FinFETs.
| Aspekt | Planarer MOSFET | FinFET |
|---|---|---|
| Aufbau | Das Gate liegt auf einem flachen Kanal | Das Gate umschließt eine dünne senkrechte Siliziumfinne auf drei Seiten |
| Gate-Kontrolle | Nur von einer Seite: bei kurzen Gatelängen schwächer | Von drei Seiten: deutlich stärker |
| Kurzkanaleffekte (etwa DIBL) | Bei kleinen Abmessungen gravierend | Stark unterdrückt |
| Leckstrom | In skalierten Bauelementen höher | Niedriger |
| Subthreshold-Swing | Verschlechtert sich mit schrumpfendem Bauelement | Nahe am Idealwert von etwa 60 mV pro Dekade |
| Treiberstrom pro Grundfläche | Niedriger | Höher: Die Kanalbreite umfasst beide Finnenseiten und die Oberseite |
| Kanaldotierung | Stark, was zufällige Dotierstoffschwankungen verursacht | Schwach oder undotiert, daher weniger Streuung |
| Breiteneinstellung | Kontinuierlich: Jede Breite kann gezeichnet werden | In Stufen: bestimmt durch die Anzahl der Finnen |
| Fertigung | Einfacher und günstiger | Aufwendiger: Finnenstrukturierung und 3D-Gate-Bildung |
| Heutiger Einsatz | Ausgereifte Knoten (28 nm und größer): Analog, Mikrocontroller, HF, IoT | Fortschrittliche Logik von 16/14 nm bis etwa 3 nm |
Die Zahlenangaben sind typische Größenordnungen und variieren je nach Prozessgeneration und Produkt.