文章來源：Tom聊芯片智造

原文作者：Tom

本文簡單介紹了晶體管結構從Planar FET向MBCFET演變。

芯片制程從微米級進入2納米時代，晶體管架構經歷了從Planar FET到MBCFET的四次關鍵演變。這不僅僅是形狀的變化，更是一次次對物理極限的挑戰。從平面晶體管到MBCFET，每一次架構演進到底解決了哪些物理瓶頸呢？

最初的Planar FET是二維平面的結構，也叫平面場效應晶體管。它的結構很簡單：電子溝道是“趴在”硅片表面上的，而柵極則覆蓋在溝道上方，整個電流的流動，是在晶圓表面上水平進行的。

這種設計在上世紀60年代誕生，并迅速成為主流。它構成了第一代大規模集成電路的基礎，在90納米以上的工藝節點上，表現非常出色，制造也非常成熟。但問題出現在制程繼續微縮之后。尤其是到了28納米以下，短溝道效應開始加劇，柵極對溝道的控制力越來越弱，晶體管就像“關不干凈的水龍頭”，漏電流不斷上升。結果就是：功耗變高、發熱增加、性能瓶頸越來越嚴重。

于是，在2011年，Intel率先推出了下一代晶體管結構——FinFET，也叫鰭式場效應晶體管。其結構看起來像魚的鰭，因此得名FinFET。

你可以把它想象成：把原本“平躺在地上”的電子通道，豎起來變成一根鰭片，柵極不再只是覆蓋在上方，而是從兩側甚至三面包裹住溝道。

這種三維結構，使用鰭狀的3D結構來增加接觸面積，極大地增強了柵極對電子的控制能力。結果就是：漏電少了，功耗降了，晶體管還能繼續縮小，摩爾定律得以延續。

但FinFET也不是沒有局限。隨著制程逼近5納米，它也遇到瓶頸。最關鍵的一點是——鰭片寬度是固定的，無法靈活調整。而當我們試圖把鰭片做得更細、更小以適配更先進的制程時，制造難度卻急劇上升，良率、可靠性、一致性都開始受到挑戰。換句話說，FinFET的“鰭”已經變得太細、太脆，難以承受未來納米級微縮帶來的復雜性。

于是，GAAFET就在這種背景下應運而生。和FinFET最大的區別是，GAAFET把溝道變成了極細的納米線，然后讓柵極從四面——上、下、左、右把它完整包裹起來。這樣一來，柵極對電流的控制能力更強，幾乎做到了360度無死角的電場掌控。這使得晶體管在更小尺寸下也能穩穩“關掉”，極大降低了漏電流，非常適合5納米以下的制程節點。

不過，GAAFET的“納米線”雖然控制好，但也太細了，電流通過能力弱，不利于高性能芯片的電流驅動，限制了它在一些高頻或高負載場景下的表現。

于是，新一代結構被提出——MBCFET，也叫多橋通道晶體管。

它的核心想法是：把納米線“拉扁”變成一層層“納米片”，然后橫向疊起來，像搭積木一樣堆出多個通道。每一層納米片都被柵極環繞，不僅保留了GAA的強控能力，還進一步提升了導電能力和驅動電流。

更重要的是，MBCFET的通道寬度是可調的，可以根據設計需求，靈活權衡性能與功耗，是FinFET無法做到的。