互補場效應晶體管（CFET）

隨著半導體技術不斷逼近物理極限，傳統的平面晶體管（Planar FET）、鰭式場效應晶體管（FinFET）從平面晶體管到FinFET的演變，乃至全環繞柵或圍柵（GAA, Gate-all-Around）全環繞柵極晶體管(GAAFET)等先進結構，在減少漏電、降低功耗方面雖然取得了顯著成就，但進一步微縮的挑戰日益顯現。為了延續摩爾定律的發展趨勢，并滿足未來高性能計算的需求，業界正積極研發下一代晶體管架構——互補場效應晶體管（Complementary FET, CFET）。

為什么需要CFET？

在過去的幾十年里，傳統的平面晶體管（Planar FET）、鰭式場效應晶體管（FinFET），乃至全環繞柵或圍柵（GAA, Gate-all-Around）等先進結構,你始NMOS與PMON都是在一個平面上制造，這樣無形減少了晶體管密度。在這種背景下，CFET則使用了NMOS與PMOS垂直空間上疊加。它不僅能夠在更小的空間內實現更高的晶體管密度，

CFET的結構

上圖左圖為FinFET的俯視結構圖，右圖為GAA的俯視圖，GAA的NMOS與PMONS間距小于FinFET，但是再去減小NP間距的難度是極大的，所以CEF就應運而生。如如下圖最右偽CEFT俯視結構，其中NMOS與PMOS兩種不同導電類型的晶體管被垂直堆疊在一起，而不是像之前的邏輯工藝那樣位于同一平面上，很大程度上增加了晶體管集成的密度。

CFET的作用

增強電流驅動能力：通過優化晶體管的設計和布局，CFET互聯可以實現更低的電阻和更高的電流導通能力，這對于提升芯片的工作速度有很大的提升。

改善短溝道效應：在納米尺度下，傳統晶體管結構面臨的主要問題是短溝道效應，這會導致漏電流增加及開關性能下降。而CFET采用的垂直堆疊結構能夠有效緩解這些問題。

CFET有哪些提升？

工藝尺寸微縮

IMEC的研究表明，憑借CFET晶體管技術，2032年將有望進化到5埃米（0.5nm），2036年則可能達到2埃米（0.2nm）。此外，CFET重新設定了縮放限制，因為nFET和pFET堆疊在一起，器件之間的np間距變為垂直而非水平，使得片材更寬，從而允許更大的有效溝道寬度。

高性能與低功耗

臺積電在其最新的研究論文中提到，在相同的功耗條件下，N2制程下的CFET相比于N3制程下的GAA納米片晶體管，速度提升了約15%；而在相同的速度條件下，功耗則減少了大約30%，并且集成度達到了1.15倍。新的N2平臺還采用了迄今為止最密集的SRAM后端互連（~38Mb/mm2）。

參考文獻:

[1] IEEE Transactions on Electron Devices 69, 3581 (2022)