100 år med felteffekttransistoren – og hvor vi er i dag

FET-transistoren

Konseptet med en felteffekttransistor (FET) ble først patentert av den østerriksk-ungarskfødte fysikeren Julius Edgar Lilienfeld (bildet) i 1925 og av Oskar Heil i 1934, men de klarte ikke å bygge en fungerende praktisk halvledende enhet basert på konseptet. Transistoreffekten ble senere observert og forklart av John Bardeen og Walter Houser Brattain mens de jobbet under William Shockley ved Bell Labs i 1947, kort tid etter at det 17 år lange patentet utløp. Shockley forsøkte først å bygge en fungerende FET ved å prøve å modulere konduktiviteten til en halvleder, men lyktes ikke, hovedsakelig på grunn av problemer med overflatetilstandene, den ustabile bindingen og germanium- og kobberforbindelsesmaterialene. I løpet av forsøket på å forstå de mystiske årsakene bak at de ikke klarte å bygge en fungerende FET, førte det til at Bardeen og Brattain i stedet oppfant punktkontakttransistoren i 1947, som ble etterfulgt av Shockleys bipolare overgangstransistor i 1948.

Den første vellykkede FET-enheten som ble bygget var junction field-effect transistor (JFET). En JFET ble først patentert av Heinrich Welker i 1945.

Kilde: Wikipedia

IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM) regnes som det fremste forumet der forskere og ingeniører kommer sammen for å presentere, diskutere og debattere det beste innen nyere FoU-arbeid innen elektroniske komponenter, halvledere og mikroelektroniske teknologier. Ingen annen konferanse introduserer så mye ledende arbeid på så mange forskjellige felt. Den 71. årlige IEEE IEDM-konferansen vil bli avholdt 6.–10. desember 2025 på Hilton San Francisco Union Square-hotellet, med online tilgang til innspilt innhold tilgjengelig etterpå.

IEDMs tekniske program for 2025 følger temaet «100 år med FET-er: Former fremtiden for enhetsinnovasjoner» og vil bestå av 295 presentasjoner, pluss en rekke arrangementer som inkluderer fokussesjoner, veiledninger, korte kurs, et kveldspanel, en karrierelunsj, leverandørutstilling og IEEE/EDS-prisutdelinger.

– Årets IEDM gir en forsmak på det neste dataprosesseringsparadigmet. Vi er vitne til konvergensen av fabrikasjon på atomnivå, 3D-integrasjon og nevromorfisk design, noe som fører oss utover gårsdagens teknologi og til og med klassisk databehandling. Fra monolittiske CFETer som omdefinerer transistortetthet til minnebasert databehandling som kan redusere von Neumann-flaskehalsen, bygges det mer intelligent og mer effektiv teknologi her, uttaler Gaudenzio Meneghesso, IEDM 2025 Publicity Chair og leder for Institutt for informasjonsteknikk ved Universitetet i Padova (Italia).

I takt med at KI krever utpreget effektivitet, tar komponentmiljøet utfordringen. IEDM 2025 viser frem teknologier som kan drive det neste KI-tiåret: Fra GaN-brikker for strømforsyning og silisiumfotonikk for dataoverføring til 3D DRAM og FeFETer for minnebasert databehandling. Disse komponentteknologiene vil gjøre morgendagens algoritmer mulige, sier han.

– Jakten på Moores lov har utviklet seg fra et enkelt kappløp om å krympe transistorer til ingeniørkunst i flere dimensjoner. IEDM 2025 viser frem denne nye æraen: Vi skalerer opp med 3D-stabling som CFETer og 3D DRAM, skalerer lateralt med atomlagsdeponerte kanalmaterialer og skalerer forbi CPUer med nye arkitekturer som minnebasert databehandling, sier John Paul Strachan, styremedlem i IEDM 2025 Publicity, og direktør for Peter Grünberg Institute, Forschungszentrum Jülich, og professor ved RWTH Aachen University (Tyskland). – Dette er kulminasjonen av et århundre med FET-innovasjon, som flytter grensene for hva som er fysisk mulig å beregne, påpeker han.

Kjapt blikk på noen høydepunkter under konferansen:

• First 101-stage 3D monolithic CFET ring oscillator & the world’s smallest 6T SRAM bit-cell from TSMC
• Monolithic CFET process stacking a Si pMOS and Si nMOS with a middle dielectric insulator from imec
• World’s smallest 0.7µm-pitch dual photodiode pixel using 2-layer pixel design by Samsung
• Stackable InGaZnO-based transistors for high-density and low-power 3D DRAM by Kioxia
• Ultrathin GaN chiplet technology for GaN-on-Si MOSHEMTs on 300-mm substrates by Intel
• Stackable 3D FeFETs for in-memory computing with 1010 endurance by Peking U. & Hong Kong U.
• CMOS-compatible spike-embedded neuromorphic circuit in-sensor optical-to-spike conversion by KAIST
• Four Focus Sessions on topics of next-generation research:

        o Efficient AI Solutions: Advances in Architecture, Circuit, Device & 3D Integration

        o The Invisible Revolution in Thin-Film Transistors

        o Beyond Von Neumann, from Physics-inspired Solvers to Quantum Hardware        Implementation

        o Silicon Photonics for Energy Efficient AI Computing