Az IBM egy nagyon fontos mérföldkőhöz ért gyártástechnológia-fejlesztés terén, ami jelenleg iparági elsőséget jelent, igaz, a technológia körül sok még a kérdés, így most csak a nyilvános adatokra és paraméterekre támaszkodhatunk. A bejelentés szerint az IBM elsőként törte át az 1 nm-es álomhatárt, már ami a félvezetőipari csíkszélességet illeti, ráadásul nem is csak egy picit, hanem jelentősebb mértékben is meghaladták a 10 Angstrom szintet: egészen 7 Angstromig sikerült lemenniük, ami 0,7 nm-es csíkszélességet jelent. Ahogy azt megszokhattuk, ez az érték természetesen most sem a konkrét komponensek méretét takarja, mégis jelentős előrelépésről van szó, amit kreatív módszerekkel sikerült elérni.
A 0,7 nm-es csíkszélesség az IBM 2 nm-es gyártástechnológiájához képest jókora fejlődést hoz: a 7A révén akár 50%-kal magasabb teljesítmény, illetve akár 70%-kal magasabb energiahatékonyság elérésére is van mód, sőt, az új tranzisztor-architektúra révén az SRAM cellasűrűség 40%-kal növelhető, a logikai áramkörök esetében pedig még nagyobb lehet a javulás, konkrét dizájntól függően, ami óriási előnyt jelent a mai gyártástechnológiákhoz képest.
Hogy mégis milyen módszerrel sikerült ekkorát lépni? A vállalat mérnökei a kutatás és fejlesztés során arra jutottak, érdemes lehet megpróbálni az NFET és a PFET típusú tranzisztorokat fizikailag is elkülöníteni egymástól, ugyanis a klasszikus iskola szerint ezek ugyanazon a szilíciumlapkán foglalnak helyet, ami akadályozza, hogy jelentősebb előrelépést érjenek el egyszerre mindkettőnél, hiszen ehhez eltérő anyaghasználatra és eltérő megoldásokra lenne szükség, ami egy lapkán belül egyszerűen nem megy.
Ezért jött létre a Nanostack Transistor technológia, amelynek lényege, hogy most először készülnek két külön szilícium-ostya használatával a p-típusú és az n-típusú tranzisztorokat tartalmazó lapkák, majd ezt a két lapkát dielektromos kötéssel illesztik össze, amire ezen a téren eddig nem volt példa. Azzal, ha a két tranzisztortípus egyetlen lapkán foglal helyet, egyre nehezebbé válik a méretük egyidejű csökkentése.
Az p-típusú és n-típusú tranzisztoroknál a töltéshordozók különböznek: míg a p-típusú, azaz PNP tranzisztoroknál ezt a szerepet az elektronhiány miatt a lyukak töltik be, addig az n-típusú, azaz az NPN tranzisztoroknál az elektronok végzik ezt a feladatot. A PNP tranzisztorok egyebek mellett tápfeszültség kapcsolására alkalmasak, míg az NPN tranzisztorok jel- és teljesítményerősítésre, illetve gyors kapcsolásra valók. Ezek a tranzisztortípusok elektromos tulajdonságok, kapcsolási polaritás, illetve egyéb tulajdonágaik terén is különböznek, vagyis ha ugyanazon a szilícium-ostyán foglalnak helyet, nehéz úgy fejleszteni őket, hogy mindkét típus egyformán sokat profitáljon belőle és egyformán optimálisan működjön.
Ezért is választotta őket ketté az IBM csapata, hiszen így egymástó függetlenül fejleszthetőek és gyárthatóak, ami kitágítja a határokat és a lehetőségeket, viszont a folyamat végén egy extra lépcső is várja a mérnököket: a két szilíciumlapkát precízen egymáshoz kell illeszteni, majd létre kell hozni közöttük a megfelelő kötést. Az NPN és a PNP tranzisztorok ennek köszönhetően nem monolitikus, kétdimenziós, hanem egymásra rétegezett, háromdimenziós kivitelben készülhetnek.
Noha ez sok előnyt tartogat, ahogy fentebb is láthattuk, hiszen nagyon sok területen javulnak a különböző paraméterek, a gyártást viszont költségesebbé és nehézkesebbé teszi: az egymásra rétegezett lapkák esetében precíz illesztésre van szükség, ellenkező esetben sok lesz a selejt, ami alacsony kihozatali arányt eredményez, ez pedig tovább drágítja az amúgy is költségesebb gyártást.
A 3D felépítés, vagyis a vertikális rétegezés nehezebbé teszi a hűtés megoldását, az alul lévő lapka ugyanis csak a felette lévőn keresztül kapcsolódhat a hűtőtömbhöz, ami kompromisszumokat igényel. Kihívást jelenthet az áramköri kialakítás is, azaz a kétrétegű dizájn esetében nehéz megfelelően kialakítani a jelvezetékeket és a tápellátást biztosító vezetékeket, ami tovább bonyolítja a helyzetet. A fentiek miatt ezt a speciális gyártástechnológiát csak akkor éri meg bevetni, ha az általa kínált előnyök ellensúlyozzák a bonyolultabb kivitelezést és a drágább gyártást, ellenkező esetben ráfizetéses a gyártás.
Jó hír lehet, hogy az első tesztchipet, ami igazából nem egy nagy és bonyolult lapka, hiszen egy ujjkörömnyi méretben készült, még a Low-NA típusú levilágító eszközökkel készítették, ami olcsóbb és egyszerűbb gyártást eredményezhet, hiszen ez a technológia széles körben elterjedt és kiforrott.
A High-NA mellett már más lenne a matek, ott ugyanis a maximális lapkaméret, amit egy lépésben meg lehet mintázni, pont fele annak, amit a Low-NA segítségével maximálisan létre lehet hozni, vagyis ebben az esetben két félből kéne összeilleszteni a már amúgy is bonyolult lapkát, ami tovább növeli a költségeket és tovább csökkentheti a kihozatali arányt. Ez a gyártástechnológia-generáció még Low-NA mellett készülhet, de a következő generációs fejlesztés esetében a High-NA sajátosságait is figyelembe veszik, ennek megfelelően készítik el az új gyártástechnológiát.
Az IBM 7A gyártástechnológiája az elkövetkező 5 esztendőn belül állhat tömegtermelésbe, ha minden jól megy. Azt persze fontos kiemelni, hogy ez nem egy kész gyártástechnológia, amit licencelni lehet és gyorsan tömegtermelésbe tudják állítani, hanem szellemi tulajdon, tervek, szabadalmak, illetve kutatási és fejlesztési dokumentumok összessége, amelyeket konkrét, a gyakorlatan is alkalmazható gyártástechnológiává kell alakítani
