摘要：半导体行业是一个非常动态的行业，因为它会不时地发生变化。根据摩尔定律，芯片中晶体管的数量每 18 个月或 2 年就会翻一番。因此，芯片和电子设备的尺寸变得越来越小。半导体行业中鳍式场效应晶体管（FinFET）技术的引入发挥了关键作用。

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半导体行业是一个非常动态的行业，因为它会不时地发生变化。根据摩尔定律，芯片中晶体管的数量每 18 个月或 2 年就会翻一番。因此，芯片和电子设备的尺寸变得越来越小。半导体行业中鳍式场效应晶体管（FinFET）技术的引入发挥了关键作用。

FinFET 是一种非平面晶体管，已经取代了常见的平面 MOSFET。FinFET 的引入不仅克服了常见 MOSFET 的挑战，而且由于其 3D 和鳍状垂直结构，有助于使电子设备的尺寸更加紧凑。由于其能源效率、快速切换速度和各种此类优势，FinFET 已广泛用于移动设备、笔记本电脑和物联网设备中。

什么是 FinFET？

FinFET被称为鳍式场效应晶体管，是一种新的互补式金属氧化物半导体晶体管。该项技术的发明人是加州大学伯克利分校的胡正明教授。

FinFET 它属于场效应晶体管（FET）家族，是一种用于替代常见 MOSFET 的多栅极 MOSFET 类型。与形状为平面的常规 FET 不同，FinFET 是非平面的，具有 3D 结构。FinFET 构建在硅衬底上，栅极被形成漏极和源极的沟道所环绕。FinFET 这个名字来源于鱼鳍，因为 FinFET 漏极和源极的俯视图看起来像鳍。鳍也可以定义为漏极和源极之间的沟道。

与 MOSFET 一样，FinFET 也是一个形成栅极、漏极和源极的器件，FinFET 的制造与 MOSFET 相似。FinFET 和 MOSFET 基于相同的原理工作。

图左和图右分别是平面场效应晶体管（FET）和FinFET的简化示意图。在平面FET中，单个栅极控制源漏通道。这样的栅极对靠近栅极的通道表面以外的电场控制效果较差，即使在栅极关闭时，源极和漏极之间也会出现泄漏电流。相比之下，在FinFET中，晶体管通道是一个细长的竖直鳍片，栅极完全“包裹”在源极和漏极之间形成的通道周围。FinFET的栅极可以被视为一个“多重”栅极，环绕着细通道。这样的多重栅极能够完全耗尽通道中的载流子，从而实现对通道的更好电场控制，进而改善电气特性。

FinFET 的基本结构

FinFET 的基本结构包括 3D 形状的鳍、栅极、漏极、源极和衬底。

鳍(Fin)：

FinFET 的名字来源于这种作为 FinFET 中沟道的 3D 垂直形状的鳍状结构。鳍由半导体材料或硅制成。

栅极(Gate)：

FinFET 中栅极的作用与常见的 MOSFET 相似。FinFET 的鳍环绕着栅极，栅极形成 3D 结构，FinFET 中可以有多个栅极。栅极由金属制成。栅极用于控制沟道中的电流流动。

漏极和源极(Drain and Source)：

FinFET 的漏极和源极的作用与 MOSFET 相似。电流从源极进入，从漏极流出，栅极用于控制电流。沟道中的载流子通过源极进入，从漏极流出。与 MOSFET 一样，在 FinFET 中，漏极处于高电位，源极处于低电位。

衬底(Substrate)：

FinFET 的衬底作为整个结构的基础，有助于在芯片中隔离器件。

在传统 CMOS 器件中，沟道是水平的，而在 FinFET 中，沟道是垂直的。FinFET 的宽度取决于 Fin 的高度。

在上图中

L= length of gate, 栅极长度

T= thickness of Fin, 鳍片厚度

H=height of Fin, 鳍片高度

有效 channel 宽度 =（2 *鳍片高度）+ 鳍片厚度 = W =2H+T

有效沟道长度 = 栅极长度 = L

pitch 为 多 Fin 结构中，fin 与 fin 之间的间距。

为什么要用 FinFET 器件代替 MOSFET？

为了增加芯片中的晶体管数量，晶体管的尺寸需要减小，晶体管的尺寸通过减小漏极和源极之间的沟道长度来减小，但是随着沟道长度的减小，漏极和源极相互靠近，常见的 MOSFET 中会出现短沟道效应的问题，源极和漏极之间的漏电流增加。

短沟道效应(SCE, short channel effect)是指源极和漏极之间的耗尽区宽度近似等于漏极和源极之间的沟道长度。

具体来说，短沟道效应引起的一些问题包括：

1. 漏致势垒降低效应（DIBL）

2. 热电子效应 (HCI)

3. 阈值电压下降

4. 漏电流增加

5. 开关速度变快

6. 电流漏失和散热问题

FinFET 克服了短沟道效应的这个问题，因为它的鳍和被沟道从三面环绕的栅极，鳍增加了栅极覆盖的面积，增强了栅极对沟道的控制，从而减少了漏电流，并有助于减小沟道长度和晶体管的尺寸。

FinFET 与 MOSFET的区别

FinFET和MOSFET均属于场效应晶体管（FET）家族，以下是它们之间的区别：

FinFET的优点

较低的功耗，较小的泄漏电流，短通道效应较小，较少的通道掺杂，更高的可扩展性较，高的电压增益和良好的亚阈值电压

FinFET的缺点

动态阈值电压控制困难，由于三维结构，内部电阻和电容较高，制造过程复杂且成本较高，结构设计复杂，温度敏感性较高，散热能力强，电容值非常高

FinFET是微电子领域的一项伟大创新，帮助解决了微电子的挑战，并在很大程度上推动了半导体行业的发展。它不仅帮助缩小了晶体管的尺寸，还改善了电流表现并减少了能耗。FinFET提高了晶体管的性能，并通过其结构降低了泄漏电流。

Reference:

1. Synopsys.

2. Intel.

3. Semiconductor Devices and Physics and Technology.

来源：卡比獸papa