Strukturgröße


Strukturgröße
Technologiequerschnitt eines Feldeffekttransistors mit isoliertem Gate (IGFET) (hier: n-Kanal-MOSFET)

Die Strukturgröße oder auch Strukturbreite (man spricht auch von Prozess oder Technologie, wenn man das gesamte auf diese Strukturgröße ausgerichtete Herstellungsverfahren meint) ist eine Größenangabe der Halbleitertechnik und beschreibt die Kantenlänge der bestimmenden (kleinsten) Plotter-Einheit. Es handelt sich dabei also um das Maskenmaß. Die Abmessungen der damit erzeugten Strukturen sind durch Unterbelichtung und Diffusion in der Regel etwas kleiner als die für die Maske benutzte Plotter-Einheit. Bei den kleinsten, auf einem Halbleiterträger erzeugten Strukturen handelt es sich üblicherweise um die Gate-Länge eines Feldeffekttransistors (FET).

Der Begriff wird auch im Bereich der digitalen, optischen Speichermedien verwendet, meist für die Abmessungen der Lands und Pits von opotischen Speichermedien wie CD, DVD und Blu-ray Disc. Auch bei der Nanotechnologie, die sich eher in einem physikalisch-technischen Kontext mit Strukturen bis hinauf zu 100 nm beschäftigt, wird der Begriff angewandt.

Inhaltsverzeichnis

Bedeutung

Von der Angabe lässt sich grob auf die maximale Geschwindigkeit und die Verlustleistung des Bauteils rückschließen. Ebenfalls wird zusammen mit der Die-Größe bestimmt, wie komplex der Halbleiterchip ist, d. h. wie viele Transistoren auf die Chipfläche passen. Für einzelne, große Transistoren (z. B. MOSFETs) ist die Angabe prinzipiell ebenfalls zutreffend, jedoch weitaus weniger aussagefähig, da diese, um hohe Leistung zu erreichen, eher groß sein sollen.

Zusammen mit den Bemühungen von Forschung und Industrie, die Wafer-Größe bei der Halbleiterfertigung zu steigern, bildet dieses Element einen der zentralsten Aspekte der Weiterentwicklung der Halbleitertechnik im Rennen um die Erhaltung des Moore’schen Gesetzes, einer Faustregel nach der sich die Leistung von Halbleitern bislang über der Zeit weiter entwickelt hat.

Die Strukturgröße ist ein wichtiger Parameter, der zentral vom verwendeten Halbleiterprozess (CMOS, NMOS, TTL etc.) und dem dafür verfügbaren kleinsten bzw. gewählten Transistordesign bestimmt wird. Hierbei sind sowohl die Materialbeschaffenheit des Trägers, meist ein Silizium-Wafer, und der Dotierungen, als auch die eingesetzte Lithographietechnik und damit die erforderlichen Fertigungsparameter wie etwa Luftreinheit und ähnliches bis hin zur momentanen Verfügbarkeit von Fabrikkapazitäten wichtig. Auch auf den Preis solcher Produktionsleistungen lässt sich daraus in der Regel zurück schließen.

Nicht zuletzt bestimmt die Strukturgröße wie viele Transistoren auf einen Wafer passen und damit auch wie viele einzelne Halbleiter typisch daraus gewonnen werden können. Zusammen mit dem logischen Design des Halbleiters ergibt sich also eine Zahl an Chips je Wafer, die maßgeblich in die Chipfläche und somit in den Preis eingeht. So besitzen beispielsweise NOR-Flashs technologiebedingt bei gleicher Strukturgröße geringere Speicherkapazitäten als NAND-Flashs, da ihre Speicherzellen mehr Transistoren und damit Platz auf dem Die erfordern.

Bei sogenannten Die-Shrinks geht es darum, die Strukturgröße unter Beibehaltung der Halbleiterfunktionalität gegen eine kleinere auszutauschen. Ein und dasselbe funktionale Design kann somit in mehreren verschiedenen Strukturgrößen produziert werden. Die kleineren Strukturen weisen oftmals eine ihrer Transistor-Technologie entsprechende geringere Verlustleistung im Ruhezustand und bei Schalthandlung auf, so dass die für Halbleiter typisch erreichbare maximale Taktrate bei kleineren Strukturen für gewöhnlich höher ist. Wird die Die-Größe dagegen beibehalten, dann ergeben sich Möglichkeiten zur Erweiterung von skalierbaren Einheiten, z. B. der Caches eines Prozessors.

Bei kleineren Strukturen muss der jeweilige Hersteller zunächst einige Schritte zur Prozessoptimierung unternehmen um die bis dahin üblichen Ausbeuten wieder zu erreichen. Entsprechend ist ein Umstieg auf eine Technologie mit kleinerer Strukturgröße immer auch mit Kosten und Risiken verbunden. Es wird natürlich versucht, diese durch geeignete Forschungen und Erprobungen bereits im Vorfeld möglichst gering zu halten, um möglichst frühzeitig eine wirtschaftliche Effizienz erreichen.

Geschichte

Integrierter Schaltkreis – Intel 486DX2. Das Chipgehäuse wurde geöffnet und ermöglicht den Blick auf den eigentlichen Halbleiter.

Lange Zeit wurde diese Größe in der Dimensions- und Einheiten-Kombination Mikrometer (10−6 m) verwendet, wobei zuletzt Ziffern mit vorangestellter Null-Komma verwendet wurden. Mittlerweile ist hierbei der zweistellige Nanometerbereich (10−9 m) erreicht worden, so dass sich entsprechende Angaben nun wieder einfacher niederschreiben lässt.

Selbst in Fachkreisen kam es zum Ende der Mikrometerangabe hin, als der Schritt unter 1 µm getätigt wurde, gelegentlich formal fälschlich zur Weglassung der führenden Null-Komma-Sequenz in Fließtexten. Es wurde dann statt von einer 0,14-µm-Struktur nur noch verkürzend von einer 14er-Struktur gesprochen.

Name Hersteller Jahr Technologie Strukturgröße
4004-Prozessor Intel 1971 PMOS 10 µm
NMOS-Logik 6 µm
HMOS-Halbleiter 1,5 µm
i386DX Intel 1984 1,5 µm
i486DX2-66 mit P24-Kern Intel 1992 0,8 µm
Pentium P5 Intel 1993 BiCMOS 0,8 µm
Pentium P55C Intel 1997 CMOS 0,35 µm
Athlon (K7) AMD 1999 0,25 µm bis 0,18 µm
VIA C3 (C5B-Revision) VIA 2001 0,15 µm
256-MBit-Speicherchip Infineon 2002 0,14 µm
Storm-1 (DSP) SPI 130 nm
NEC und TSMC 2001 100 nm
2007 65 nm
Intel Core 2 Duo Intel 2007 45 nm
XTREME (Jenoptik und Ushio, gefördert von Intel) um 2009 Extrem-Ultraviolett-Lichtquellen anfangs: <40 nm,
2009: 32 nm,
später: 13,5 nm
Speicher mit 45 GByte/cm2 Universität Tokyo 2004 Optischer Speicher 35 nm
Intel Core i3/i5/i7 Intel 2010 32 nm
NAND-Flashspeicher Intel, Micron 2010[1] 25 nm
2009 Nanoröhren-Transistor 18 nm
Lacke Sematech 2006 Start neuer Forschungsbemühungen Ziel: 13,5 nm
MIT 2008[2] Lithografietechnik 25 nm

Einzelnachweise

  1. Intel, Micron Introduce 25-Nanometer NAND – The Smallest, Most Advanced Process Technology in the Semiconductor Industry. Intel News Release, 1. Februar 2010, abgerufen am 1. Juli 2010.
  2. Christof Windeck: MIT-Forscher zeigen Lithografietechnik für 25-nm-Strukturen. Auf: Heise Online. 11. Juli 2008 (Nachrichtenmeldung)

Weblinks


Wikimedia Foundation.

Schlagen Sie auch in anderen Wörterbüchern nach:

  • Strukturgröße — topologinio projektavimo norma statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. geometry design rule; geometry size vok. minimale Strukturgröße, f; Strukturgröße, f rus. топологическая проектная норма, f pranc. norme de conception… …   Radioelektronikos terminų žodynas

  • Strukturgröße — topologinis elemento matmuo statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. feature dimension; feature size vok. Strukturgröße, f rus. топологический размер элемента, m pranc. dimension topologique, f …   Radioelektronikos terminų žodynas

  • minimale Strukturgröße — topologinio projektavimo norma statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. geometry design rule; geometry size vok. minimale Strukturgröße, f; Strukturgröße, f rus. топологическая проектная норма, f pranc. norme de conception… …   Radioelektronikos terminų žodynas

  • Strukturbreite — Technologiequerschnitt eines Feldeffekttransistors mit isoliertem Gate (IGFET) (hier: n Kanal MOSFET) Die Strukturgröße oder auch Strukturbreite (man spricht auch von Prozess oder Technologie, wenn man das gesamte auf diese Sturkturgröße… …   Deutsch Wikipedia

  • Halbleitertechnologie — Die Halbleitertechik definiert sich historisch und aufgrund der Verwendung der Produkte als Schlüsselkomponenten in elektrotechnischen Erzeugnissen als Teilgebiet der Elektrotechnik. Trifft man die Zuordnung aufgrund der eingesetzten Methoden und …   Deutsch Wikipedia

  • Mikroprozessoren von Intel — Dies ist eine zeitlich gegliederte Liste der PC Mikroprozessoren von Intel. Für eine Liste der mathematischen Koprozessoren, siehe X86er Koprozessoren. Siehe auch Intel Modellnummern Inhaltsverzeichnis 1 1970–1979 1.1 4004 1.2 4040 …   Deutsch Wikipedia

  • Xbox 360 — Xbox 360 …   Deutsch Wikipedia

  • Cell-Prozessor — Cell ist der Name für eine Prozessorserie, die von IBM gemeinsam mit Sony und Toshiba entwickelt wurde. Die Prozessoren zeichnen sich durch die Nutzung eines 64 Bit PowerPC Kernes, einer Pipeline Architektur, Unterstützung für Simultaneous… …   Deutsch Wikipedia

  • Cell Broadband Engine — Cell ist der Name für eine Prozessorserie, die von IBM gemeinsam mit Sony und Toshiba entwickelt wurde. Die Prozessoren zeichnen sich durch die Nutzung eines 64 Bit PowerPC Kernes, einer Pipeline Architektur, Unterstützung für Simultaneous… …   Deutsch Wikipedia

  • Cell Chip — Cell ist der Name für eine Prozessorserie, die von IBM gemeinsam mit Sony und Toshiba entwickelt wurde. Die Prozessoren zeichnen sich durch die Nutzung eines 64 Bit PowerPC Kernes, einer Pipeline Architektur, Unterstützung für Simultaneous… …   Deutsch Wikipedia


Share the article and excerpts

Direct link
Do a right-click on the link above
and select “Copy Link”

We are using cookies for the best presentation of our site. Continuing to use this site, you agree with this.