一、前言

平心而論，對于普通數(shù)碼科技愛好者朋友來說，要理解FinFET工藝有點困難，因為這里面涉及大量的相關(guān)基礎(chǔ)知識和術(shù)語，只有先理解這些基礎(chǔ)知識和背景之后，才能深入理解。

二、基礎(chǔ)知識

雖然芯片看起來很高大上，其實它的本質(zhì)仍然是三極晶體管，由源極（Source）、漏極（Drain）和柵極（Gate）所組成。我們通常所說的XX納米指的是柵極的溝道長度，這個數(shù)值是評判芯片制造工藝先進程度的一個重要指標(biāo)，柵長越短越先進。

但是，受制于多種因素，柵長并不能無限制地縮小，當(dāng)柵長縮短到一定程度時，會產(chǎn)生短溝道效應(yīng)，導(dǎo)致漏電、功耗增加、發(fā)熱等問題。因此，在追求更小柵長的同時，也需要對芯片的性能、功耗和穩(wěn)定性進行綜合考慮和優(yōu)化。

三、誕生背景

在早些年，晶體管是平面的（請參閱下圖），這樣方案的極限是22納米，為了進一步提升芯片制程，就必須對現(xiàn)有的晶體管設(shè)計思路進行重大的改革和創(chuàng)新，在這種背景下FinFET應(yīng)運而生。

FinFET的英文全稱是Fin-Field-Effect Transistor，中文全稱是鰭式場效應(yīng)晶體管。與之前傳統(tǒng)的平面不同，F(xiàn)inFET晶體管的溝道不再是平面的，而是像魚鰭一樣垂直于襯底是一種基于立體結(jié)構(gòu)的晶體管，這也是其名稱的由來。

這種獨特的鰭狀結(jié)構(gòu)使得柵極能夠從三個方向環(huán)繞溝道，可以大幅增強柵極對溝道的控制能力。

四、FinFET工藝的工作原理

的工作原理基于場效應(yīng)原理，當(dāng)在柵極上施加電壓時，會在柵極與溝道之間形成電場。如果柵極電壓為正（對于 N 型 FinFET），這個電場會吸引電子聚集在溝道表面，形成一個導(dǎo)電的反型層，從而將源極和漏極連接起來，此時晶體管處于導(dǎo)通狀態(tài)，電流可以從源極流向漏極。

反之，當(dāng)柵極電壓為零或為負(fù)時，溝道中的載流子被耗盡，導(dǎo)電溝道消失，晶體管截止，電流就無法通過。

由于 FinFET的柵極從三個方向環(huán)繞溝道，相比于傳統(tǒng)平面晶體管只有一個方向的柵極控制，它能夠更有效地控制溝道中的載流子濃度和流動，減少短溝道效應(yīng)的影響。

五、FinFET工藝的優(yōu)勢

1、提升性能

FinFET的三維結(jié)構(gòu)使得柵極能夠從三個方向控制溝道，因此對載流子的控制更加精確。這使得晶體管在導(dǎo)通狀態(tài)下能夠通過更大的電流，從而提高芯片的運算速度和處理能力。

2、降低功耗

FinFET能夠更好地控制溝道中的載流子，在晶體管截止?fàn)顟B(tài)下，漏電流大幅降低。由于其良好的開關(guān)特性，F(xiàn)inFET 在信號切換過程中的能量損耗也更低，有助于降低芯片的動態(tài)功耗。

六、FinFET工藝的發(fā)展歷程

FinFET的概念最早由加州大學(xué)伯克利分校胡正明教授（請參閱上圖）在1990年提出，經(jīng)過多年的研究和技術(shù)積累，2011年，英特爾率先將FinFET工藝引入到生產(chǎn)中，應(yīng)用于22納米制程的芯片制造。

這一舉措標(biāo)志著FinFET工藝從實驗室走向了實際生產(chǎn)，開啟了半導(dǎo)體制造工藝的新時代。隨后，三星、臺積電等半導(dǎo)體制造廠商也紛紛跟進，不斷推進 FinFET 工藝的發(fā)展和完善。

從最初的22納米制程，到如今的7納米、5納米甚至更先進的制程，F(xiàn)inFET工藝在不斷縮小晶體管尺寸、提高芯片性能方面發(fā)揮了巨大的作用。

七、總結(jié)與展望

客觀來說，F(xiàn)inFET是提升芯片先進制程過程的一次大的突破，但是它也不是萬能的，在3納米左右FinFET也遇到了較大困難，現(xiàn)在業(yè)界幾家主流廠商采取了不同的方向。

臺積電采用FINFLEX工藝，它是FinFET的改進升級版，三星采用的是GAAFET（環(huán)繞柵極場效應(yīng)晶體管）工藝，英特爾的 2 納米工藝被稱為20A，將采用RibbonFET（全柵極晶體管）和背面供電技術(shù)（請參閱上圖），到底哪種方案最佳，目前還猶未可知。