SRAM工艺与密度扩展

早期平面晶体管时代,器件尺寸的等比缩小直接转化为SRAM位单元面积的缩减,这一趋势与Dennard缩放定律相伴而行。但进入深亚微米节点后,晶体管沟道长度缩短引发了两大棘手问题:一是亚阈值漏电急剧攀升,即便处于关断状态,电流泄漏也难以忽略;二是器件参数波动加剧,导致6T单元中双稳态锁存器的噪声容限下降,位翻转错误概率上升。这些因素共同制约了传统缩放路径的可持续性。
早期平面晶体管时代,器件尺寸的等比缩小直接转化为SRAM位单元面积的缩减,这一趋势与Dennard缩放定律相伴而行。但进入深亚微米节点后,晶体管沟道长度缩短引发了两大棘手问题:一是亚阈值漏电急剧攀升,即便处于关断状态,电流泄漏也难以忽略;二是器件参数波动加剧,导致6T单元中双稳态锁存器的噪声容限下降,位翻转错误概率上升。这些因素共同制约了传统缩放路径的可持续性。

FinFET架构的引入曾为SRAM带来新的生机。14纳米节点附近,鳍式结构增强了对沟道的静电控制,使位单元尺寸得以继续压缩。然而,缩放红利在5~7纳米节点迅速衰减。以台积电N3E工艺为例,其SRAM位单元尺寸维持在0.021µm²,与N5节点完全持平,直观反映了微缩停滞的现实。相比之下,台积电采用全栅极(GAA)技术的N2工艺实现了自N5以来首次显著进展,位单元缩小至0.0175µm²,降幅约17%。但英特尔在2025年ISSCC披露的18A工艺却仍停留在0.021µm²,未见突破。当前业界可实现的最高SRAM密度约为38 Mb/mm²,这一数值短期内恐难大幅刷新。

互补型FET(CFET)——即NMOS与PMOS垂直堆叠的结构——被视作可能解锁SRAM进一步缩小的关键路径。由于锁存器本质由两个交叉耦合反相器构成,CFET可通过三维集成有效降低单个器件的投影面积,从而压缩位单元尺寸。与此同时,研究人员也在积极评估MRAM、FeRAM等新型非易失性存储器,它们虽工作机制迥异,但若能在读写速度与耐久性上接近SRAM,或将为高密度嵌入式存储提供颠覆性替代方案。
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