FinFET

Transistor efek medan sirip (Inggris: Fin field-effect transistor, FinFET) adalah perangkat multi-gerbang, MOSFET (transistor efek medan semikonduktor oksida logam) yang dibangun di atas substrat di mana gerbang ditempatkan pada dua, tiga, atau empat sisi saluran atau dililitkan saluran, membentuk struktur gerbang ganda atau bahkan multi-gerbang. Perangkat ini diberi nama generik "FinFET" karena daerah sumber/kuras membentuk sirip pada permukaan silikon. Perangkat FinFET memiliki waktu pengalihan yang jauh lebih cepat dan kerapatan arus yang lebih tinggi daripada teknologi planar CMOS (semikonduktor oksida logam komplementer).

FinFET adalah jenis transistor non-planar, atau transistor "3D". Ini adalah dasar untuk fabrikasi perangkat semikonduktor nanoelektronik modern. Mikrochip yang menggunakan gerbang FinFET pertama kali dikomersialkan pada paruh pertama tahun 2010-an, dan menjadi desain gerbang yang dominan pada simpul proses 14 nm, 10 nm, dan 7 nm.

Hal ini umum untuk transistor FinFET tunggal berisi beberapa sirip, diatur berdampingan dan semua ditutupi oleh gerbang yang sama, yang bertindak secara elektrik sebagai satu, untuk meningkatkan kekuatan dan kinerja penggerak.

Sejarah 
Setelah MOSFET pertama kali ditunjukkan oleh Mohamed Atalla dan Dawon Kahng dari Bell Labs pada tahun 1960, konsep transistor film tipis gerbang ganda (TFT) diusulkan oleh H.R. Farrah (Bendix Corporation) dan R.F. Steinberg pada tahun 1967. Sebuah MOSFET gerbang ganda kemudian diusulkan oleh Toshihiro Sekigawa dari Electrotechnical Laboratory (ETL) dalam paten 1980 yang menggambarkan transistor XMOS planar. Sekigawa membuat transistor XMOS dengan Yutaka Hayashi di ETL pada tahun 1984. Mereka menunjukkan bahwa efek saluran pendek dapat dikurangi secara signifikan dengan mengapit perangkat silikon pada isolator (silicon-on-insulator, SOI) yang sepenuhnya habis di antara dua elektroda gerbang yang terhubung bersama.

Jenis transistor FinFET pertama disebut transistor "Depleted Lean-channel Transistor" (Transistor saluran ramping yang habis) atau "DELTA", yang pertama kali dibuat di Jepang oleh Digh Hisamoto, Toru Kaga, Yoshifumi Kawamoto dan Eiji Takeda dari Hitachi Central Research Laboratory pada tahun 1989. Gerbang transistor dapat menutupi dan secara elektrik menghubung sirip saluran semikonduktor di bagian atas dan samping atau hanya di bagian samping. Yang pertama disebut transistor tri-gerbang dan yang terakhir disebut transistor gerbang ganda. Transistor gerbang ganda secara opsional dapat memiliki setiap sisi yang terhubung ke dua terminal atau kontak yang berbeda. Varian ini disebut transistor pisah. Hal ini memungkinkan kendali yang lebih halus dari operasi transistor.

Insinyur Indonesia Effendi Leobandung, saat bekerja di Universitas Minnesota, menerbitkan makalah bersama Stephen Y. Chou pada Konferensi Penelitian Perangkat ke-54 pada tahun 1996 yang menguraikan manfaat pemotongan transistor CMOS lebar menjadi banyak saluran dengan lebar sempit untuk meningkatkan penskalaan perangkat dan meningkatan arus perangkat dengan meningkatkan lebar perangkat efektif. Struktur inilah tampilan FinFET modern. Meskipun beberapa lebar perangkat dikorbankan dengan memotongnya menjadi lebar yang sempit, konduksi dari dinding samping sirip sempit lebih dari menebus hilangnya, untuk sirip tinggi. Perangkat ini memiliki lebar saluran 35 nm dan panjang saluran 70 nm.

Potensi penelitian Digh Hisamoto tentang transistor DELTA menarik perhatian Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), yang pada tahun 1997 memberikan kontrak kepada kelompok riset di UC Berkeley untuk mengembangkan transistor sub-mikron dalam berdasarkan teknologi DELTA. Grup ini dipimpin oleh Hisamoto bersama dengan Chenming Hu dari TSMC. Tim ini membuat terobosan berikut antara tahun 1998 dan 2004.

 1998 – FinFET saluran N (17 nm) – Digh Hisamoto, Chenming Hu, Tsu-Jae King Liu, Jeffrey Bokor, Wen-Chin Lee, Jakub Kedzierski, Erik Anderson, Hideki Takeuchi, Kazuya Asano
 1999 – FinFET saluran P (sub-50 nm) – Digh Hisamoto, Chenming Hu, Xuejue Huang, Wen-Chin Lee, Charles Kuo, Leland Chang, Jakub Kedzierski, Erik Anderson, Hideki Takeuchi
 2001 – FinFET 15 nm – Chenming Hu, Yang-Kyu Choi, Nick Lindert, P. Xuan, S. Tang, D. Ha, Erik Anderson, Tsu-Jae King Liu, Jeffrey Bokor
 2002 – FinFET 10 nm – Shibly Ahmed, Scott Bell, Cyrus Tabery, Jeffrey Bokor, David Kyser, Chenming Hu, Tsu-Jae King Liu, Bin Yu, Leland Chang
 2004 – FinFET gerbang logam/tinggi-κ – D. Ha, Hideki Takeuchi, Yang-Kyu Choi, Tsu-Jae King Liu, W. Bai, D.-L. Kwong, A. Agarwal, M. Ameen

Mereka menciptakan istilah "FinFET" (transistor efek medan sirip) dalam makalah Desember 2000, yang digunakan untuk menggambarkan transistor gerbang ganda non-planar yang dibangun di atas substrat SOI.

Pada tahun 2006, tim peneliti Korea dari Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) dan National Nano Fab Center mengembangkan transistor 3 nm, perangkat nanoelektronik terkecil di dunia, berdasarkan teknologi FinFET gerbang sekeliling (gate-all-around, GAA). Pada tahun 2011, peneliti Universitas Rice Masoud Rostami dan Kartik Mohanram mendemonstrasikan bahwa FinFET dapat memiliki dua gerbang elektrik independen, yang memberikan fleksibilitas lebih kepada perancang sirkuit untuk merancang dengan gerbang berdaya rendah yang efisien.

Pada tahun 2020, Chenming Hu menerima penghargaan IEEE Medal of Honor untuk pengembangan FinFET, yang dikreditkan oleh Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) dengan membawa transistor ke dimensi ketiga dan memperluas hukum Moore.

Produksi 
Transistor 25 nanometer pertama di industri yang beroperasi hanya pada 0,7 volt didemonstrasikan pada Desember 2002 oleh TSMC. Desain "Omega FinFET", dinamai berdasarkan kesamaan antara huruf Yunani "Omega" dan bentuk di mana gerbang membungkus struktur sumber/kuras, memiliki jeda gerbang hanya 0,39 pikodetik (picosecond, ps) untuk transistor tipe N dan 0,88 ps untuk transistor tipe P.

Pada tahun 2004, Samsung mendemonstrasikan desain "Bulk FinFET" (FinFET Massal), yang memungkinkan untuk memproduksi perangkat FinFET secara massal. Mereka mendemonstrasikan memori akses acak dinamis (DRAM) yang diproduksi dengan proses Bulk FinFET 90 nm.

Pada tahun 2011, Intel mendemonstrasikan transistor tri-gerbang, di mana gerbang mengelilingi saluran di tiga sisi, memungkinkan peningkatan efisiensi energi dan penundaan gerbang yang lebih rendah, dan dengan demikian kinerja yang lebih besar dibandingkan transistor planar.

Chip yang diproduksi secara komersial pada 22 nm kebawah umumnya telah menggunakan desain gerbang FinFET (tetapi proses planar memang ada hingga 18 nm, dengan 12 nm dalam pengembangan). Varian tri-gerbang Intel diumumkan pada 22 nm pada tahun 2011 untuk mikroarsitektur Ivy Bridge. Perangkat tersebut dikirimkan mulai tahun 2012 dan seterusnya. Mulai tahun 2014 dan seterusnya, pengecor silikon besar (TSMC, Samsung, GlobalFoundries) menggunakan desain FinFET pada 14 nm (atau 16 nm).

Pada tahun 2013, SK Hynix memulai produksi massal komersial proses 16 nm, TSMC memulai produksi proses FinFET 16 nm, dan Samsung Electronics memulai produksi proses 10 nm. TSMC memulai produksi proses 7 nm pada tahun 2017, dan Samsung memulai produksi proses 5 nm pada tahun 2018. Pada tahun 2019, Samsung mengumumkan rencana untuk produksi komersial proses GAAFET 3 nm pada tahun 2021.

Produksi komersial memori semikonduktor FinFET nanoelektronik dimulai pada 2010-an. Pada tahun 2013, SK Hynix memulai produksi massal memori kilat NAND 16 nm, dan Samsung Electronics memulai produksi memori kilat NAND sel multi-tingkat (multi-level cell, MLC) 10 nm. Pada tahun 2017, TSMC memulai produksi memori SRAM menggunakan proses 7 nm.

Referensi 

Jenis transistor
Transistor efek–medan
MOSFET
Perangkat semikonduktor
Penemuan Indonesia
Penemuan Jepang
Penemuan Taiwan