本文探讨了鳍式场效应晶体管的结构、它们在各种应用中的用途，以及它们相对于 MOSFET 的优缺点。
什么是鳍式场效应晶体管？
鳍式场效应晶体管是一种晶体管。作为晶体管，它是一个放大器和一个开关。其应用包括家用电脑、笔记本电脑、平板电脑、智能
手机、可穿戴设备、高端网络、汽车等。
鳍式场效应晶体管代表鳍状场效应晶体管。鳍片，因为它有一个鳍状体——形成晶体管主体的硅鳍片区分了它。场效应，因为电场控制材料的电导率。
鳍式场效应晶体管是一种非平面器件，即不受单个平面的限制。它也被称为3D，因为具有第三维度。
为避免混淆，必须了解不同的文献在提及鳍式场效应晶体管器件时使用不同的标签。
为什么使用鳍式场效应晶体管器件代替MOSFET？
选择鳍式场效应晶体管器件而不是传统的MOSFET有多种原因。提高计算能力意味着增加计算密度。需要更多的晶体管来实现这一点，这导致了更大的芯片。但是，出于实际原因，保持区域大致相同至关重要。
如前所述，实现更多计算能力的一种方法是缩小晶体管的尺寸。但随着晶体管尺寸的减小，漏极和源极之间的距离降低了栅极控制沟道区域电流的能力。正因为如此，平面MOSFET显示出令人反感的短通道效应。
将栅极长度（Lg）缩小到90 nm以下会产生明显的漏电流，而在28 nm以下，漏电流过大，使晶体管失效。因此，随着栅极长度的缩小，抑制关断状态泄漏至关重要。
提高计算能力的另一种方法是改变用于制造芯片的材料，但从经济角度来看，它可能不适合。
简而言之，与传统的MOSFET技术相比，FinFET器件具有卓越的短通道特性，具有相当短的开关时间和更高的电流密度。
计算鳍式场效应晶体管宽度 （W）
鳍式场效应晶体管的通道（鳍片）是垂直的。该设备需要牢记特定尺寸。唤起马克斯·普朗克的“量子”，FinFET表现出一种称为宽度量化的特性：其宽度是其高度的倍数。随机宽度是不可能的。
翅片厚度是一个关键参数，因为它控制短通道行为和器件的亚阈值摆幅。亚阈值摆幅测量晶体管的效率。正是栅极电压的变化使漏极电流增加了一个数量级。
图1.鳍式场效应晶体管尺寸
鳍式场效应晶体管优势
更好地控制通道
抑制短通道效应
更低的静态漏电流
更快的开关速度
更高的漏极电流（每个封装的驱动电流更大）
更低的开关电压
低功耗
鳍式场效应晶体管缺点
难以控制的动态Vth
量化的设备宽度。不可能制造鳍片的一小部分，因此设计人员只能以整个鳍片的倍数指定设备的尺寸。
通过 3-D 轮廓实现更高的寄生效应
非常高的电容
拐角效应：与侧壁处的电场相比，拐角处的电场总是被放大。这可以通过在角落使用硝酸盐层来最小化。
制造成本高
鳍式场效应晶体管演进
现代
电子产品的基础是CMOS晶体管。在过去的17年中，CMOS技术在制造和建筑中使用的材料方面取得了重大进展。
第一个重大飞跃是在90纳米技术节点引入了应变工程。后续步骤是45 nm处具有高k电介质的金属栅极，以及22 nm节点处的FinFET架构。
2012年标志着第一款商用22纳米鳍式场效应晶体管的诞生。鳍式场效应晶体管架构的后续改进提高了性能并减少了面积。鳍式场效应晶体管的 3D 特性具有许多优点，例如增加鳍片高度以在相同的占位面积下获得更高的驱动电流。
图2显示了MOSFET结构的演变：双栅极、三栅极、π栅极、欧米茄栅极和栅极全能。双栅极和三栅极鳍式场效应晶体管因其结构简单且易于制造而很常见。
虽然GAA器件是在FinFET之前提出的，但后者更适合执行生产。
图2.场效应管的演变
鳍式场效应晶体管的未来发展前景
FinFET在5nm之后将不再有用，因为它没有足够的静电控制，需要晶体管的新架构。然而，随着技术节点的进步，一些公司可能会出于经济原因决定在同一节点上停留更长时间。其他公司由于其流程的性质将被迫采用新技术。
栅极全能（GAA）晶体管成为FinFET的后继产品，适用于大幅扩展的工艺节点。GAA结构在栅极和通道之间提供了最重要的电容耦合。
GAA FinFET的问题更多的是制造而不是泄漏。它可能会对几个节点有所帮助，这可能意味着十多年的额外使用。尽管如此，制造过程中连续性的损失可能是重大且昂贵的。
鳍式场效应晶体管综述
CMOS技术的创新是通过不断缩小尺寸获得的，以实现更高的密度，更好的性能和低功耗，从而导致有害的短通道效应。短通道控制是核心，因为它允许更短的通道长度和更低的工作电压。
平面MOSFET在纳米领域遇到了严峻的挑战，因此FinFET成为它们的替代品。鳍式场效应晶体管比平面 MOSFET 更好地阻断短通道效应，从而实现晶体管缩放。
平面设计不会超出 30 nm 的栅极长度。栅极氧化物停止密封源头上的栅极控制，漏极较弱。即使使用厚度为零的完美栅极电介质，控制也仅限于栅极下方的区域。但是控制漏电流是不可能的，因为它离栅极接口很远。关断电流上升，亚阈值斜率降低，使得难以关断晶体管。
消除漏电流是改善静电控制的一种手段。一种方法是采用多栅极结构。这样，漏电流始终位于通道的中心，使该通道更薄会降低电流。
栅极全能晶体管被视为FinFET的未来替代品。
