О.Р. Кузичкин1, А.В. Курганова2, А.А. Мухтарова3, А.П. Херсонский4

1–4 Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана (Москва, Россия)
1 oldolkuz@yandex.ru

Постановка проблемы. На современном этапе развития микроэлектроники актуальной проблемой стала миниатюризации транзисторов при сохранении их производительности и энергоэффективности. Традиционные планарные МОП-транзисторы сталкиваются с критическими ограничениями масштабирования, такими как утечки тока, деградация характеристик и тепловые эффекты при уменьшении размеров ниже 100 нм. Они существенно снижают возможности дальнейшего развития интегральных схем и требуют поиска новых архитектур транзисторов.

Цель. Провести комплексный обзор эволюции, принципов работы, конструктивных особенностей и современных модификаций FinFET-транзисторов, а также систематизировать существующие подходы к их развитию и оценить перспективы внедрения новых архитектур (GAAFET, CFET, VTFET).

Результаты. Представлен анализ исторического пути технологии FinFET – от первых лабораторных прототипов до промышленного внедрения в ведущих мировых компаниях (Intel, TSMC, Samsung и др.). Рассмотрены ключевые физические принципы работы FinFET, включая вертикальную структуру канала и объемное управление затвором, а также технологические особенности производства. Проведен сравнительный анализ преимуществ FinFET по отношению к планарным транзисторам и описаны современные модификации: многоплавниковые структуры, архитектуры Gate-All-Around (GAAFET), нанолисты, комплементарные и вертикальные транзисторы (CFET, VTFET). Отдельное внимание уделено ограничениям масштабирования FinFET и направлениям их преодоления. Обобщены публикации ведущих исследователей и технологические тренды последних лет.

Практическая значимость. Полученные результаты и систематизированные сведения о технологиях FinFET и их эволюции могут быть использованы при проектировании и производстве современных интегральных микросхем, а также при подготовке специалистов и проведении дальнейших научных исследований в области микроэлектроники. Описанные подходы актуальны для индустрии процессоров, памяти, мобильных и специализированных вычислительных устройств.

Кузичкин О.Р., Курганова А.В., Мухтарова А.А., Херсонский А.П. Анализ применимости FinFET-транзисторов при реализации датчиков ионизирующих излучений // Наукоемкие технологии. 2025. Т. 26. № 5. С. 5−16. DOI: https://doi.org/ 10.18127/ j19998465-202505-01

1. Perry T. How the Father of FinFETs Helped Save Moore's Law. IEEE Spectrum. 2020. V. 57. № 5. P. 46–51.
2. Белоус М. От плавников к кольцам и далее к КМОП: перипетии транзисторной эволюции // 3DNews, 30.12.2023. URL: https://3dnews.ru/1097701 (дата обращения: 02.04.2025).
3. Planar FET, FinFET и GAAFET – что это и в чем различие // Компьютерра, 13.07.2023. URL: https://www.computerra.ru/288311/planar-fet-finfet-i-gaafet-chto-eto-i-v-chem-razlichie/ (дата обращения: 02.04.2025).
4. Williams C. Intel debuts ‘3D transistors’ with 22nm chip recipe. The Register, 04.05.2011. URL: https://www.theregister.com/2011/05/04/intel_press_conference/ (дата обращения: 02.04.2025).
5. Samsung объявила о начале массового производства чипов по техпроцессу 3 нм // ИА «Красная Весна». 30.06.2022. URL: https://rossaprimavera.ru/news/aec24614 (дата обращения: 02.04.2025).
6. Kao M.-Y., Agarwal H., Liao Y.-H., Cheema S., Dasgupta A., Kushwaha P., Tan A., Salahuddin S., Hu C. Negative capacitance enables FinFET scaling beyond 3nm node // arXiv preprint arXiv:2007.14448. 2020.
7. Wang R., Sun Z., Liu Y.-Y., Yu Z., Wang Z., Jiang X., Huang R. Understanding hot carrier reliability in FinFET technology from trap-based approach // arXiv preprint arXiv:2112.11753. 2021.
8. De S., Qiu B.-H., Bu W.-X., Baig M.A., Su C.-J., Lee Y.-J., Lu D. Neuromorphic computing with ferroelectric FinFETs in the presence of temperature, process variation, device aging and flicker noise. arXiv preprint arXiv:2103.13302. 2021.
9. Bhattacharya A., Roy K. FinFETs: from devices to architectures. International Journal of Computer Applications. 2014. V. 98. № 1. P. 1–5.
10. Djeffal F., Meguellati M. Multigate RADFET Dosimeter for Radioactive Environment Monitoring Applications. In: Yang G.C., Ao S.I., Gelman L. (eds.) IAENG Transactions on Engineering Technologies. Lecture Notes in Electrical Engineering, vol. 229. Springer, Dordrecht, 2013. https://doi.org/10.1007/978-94-007-6190-2_23
11. Meguellati M., Djeffal F. New Dual-Dielectric Gate All Around (DDGAA) RADFET dosimeter design to improve the radiation sensitivity. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 683. 2012. P. 24–28. https://doi.org/10.1016/j.nima.2012.04.072
12. Marjanović M., Ilić S.D., Veljković S., Mitrović N., Gurer U., Yilmaz O., Kahraman A., Aktag A., Karacali H., Budak E. et al. The SPICE Modeling of a Radiation Sensor Based on a MOSFET with a Dielectric HfO2/SiO2 Double-Layer. Sensors, 2025, 25, 546. https://doi.org/10.3390/s25020546.
13. Chauhan Y.S., Khandelwal S., Saxena N., Gupta S.K. FinFET Modeling for IC Simulation and Design: Using the BSIM-CMG Standard. Academic Press, 2015.
14. Hisamoto D., Lee W.C., Kedzierski J., Takeuchi H., Asano K., Kaga T., Toriumi A., Hu C. FinFET–a self-aligned double-gate MOSFET scalable to 20 nm. IEEE Transactions on Electron Devices. 2000. V. 47. № 12. P. 2320–2325.
15. Colinge J.-P. FinFETs and Other Multi-Gate Transistors. Springer. 2008.
16. Choi Y.-K., Asano K., Lindert N., Subramanian V., Bokor J., King T.-J., Hu C. Ultrathin-body SOI MOSFET for deep-sub-tenth micron era. IEEE Electron Device Letters. 1999. V. 21. № 5. P. 254–256.
17. Srinivasan S., Bansal A. et al. Gate-all-around FETs: From technology to system. Microelectronics Reliability. 2022. V. 139. P. 114843.
18. Lin C.-Y., Yeh C.-H., Su Y.-Y., Wang S.-C. Design and Analysis of GAAFET for Low-Power Applications. IEEE Access. 2020. V. 8. P. 186746–186754.
19. Lee S.-Y., Wong H.-S.P., Bokor J. Scaling limits of FinFET and GAA FET: A comparative study. IEEE Transactions on Electron Devices. 2019. V. 66. № 10. P. 4273–4279.
20. Яковлев И.И. Многозатворные транзисторы FinFET и их перспективы развития // Электроника: наука, технология, бизнес. 2023. № 5. С. 40–48.
21. Wu W., Lee D., Wang X. A Review of FinFET Technology for Nanoscale CMOS. Materials. 2022. V. 15. № 3. P. 1–18.
22. Романов А.В., Воробьев А.И. Эволюция и перспективы FinFET и GAAFET // Вестник МИЭТ. 2023. № 1. С. 62–68.
23. Andreev D.V., Bondarenko G.G., Andreev V.V., Stolyarov A.A. Use of High-Field Electron Injection into Dielectrics to Enhance Functional Capabilities of Radiation MOS Sensors. Sensors. 2020. V. 20. Is.8. P. 2382(1–11). https://doi.org/10.3390/s20082382.
24. Andreev V.V., Bondarenko G.G., Andreev D.V., Stolyarov A.A. Use of MIS Sensors of Radiation in High-Field Electron Injection Modes. Journal of Contemporary Physics (Armenian Academy of Sciences). 2020. V. 55. № 2. P. 144–150. https://doi.org/10.3103/S106833722002005X.
25. Andreev D.V., Bondarenko G.G., Andreev V.V. Change in the Charge State of MOS Structures with a Radiation-Induced Charge under High-Field Injection of Electrons. Journal of Surface Investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. 2023. V.17. № 1. P. 48–53. https://doi.org/10.1134/S1027451023010056.