英特尔公司日前宣布，该公司在基础晶体管设计方面取得了一个最重大的突破，采用两种完全不同以往的晶体管材料来构建45纳米晶体管的绝缘“墙”和切换“门”。在下一代英特尔酷睿2双核、英特尔酷睿2四核以及英特尔至强系列多核处理器中，将置入数以亿计的这种微观晶体管或开关。英特尔公司同时宣布已有五种早期版本的产品正在运行，这是公司计划中的15款45纳米处理器产品的第一批。

      在台式机、笔记本和服务器领域，晶体管技术的提升使得公司不但能够继续创造出处理器计算速度的全新纪录，同时还会减少晶体管的漏电量。这种漏电会影响芯片和PC的设计、规格、功耗、噪音以及成本。同时，这一突破也会保证摩尔定律在下一个十年继续有效。摩尔定律是高科技产业的基本规律，即晶体管数量每两年翻一番。

      英特尔公司相信，生产出新一代45纳米系列产品（研发代码为Penryn）中的首批可工作45纳米处理器，标志着英特尔在半导体产业领先至少一年。面向五大不同计算机细分市场的早期45纳米处理器版本，正在运行Windows Vista, Mac OS X, Windows XP和Linux等操作系统以及其它应用程序。英特尔按计划将在2007年下半年交付投产45纳米处理器。

      英特尔在45纳米晶体管中创造性地采用全新高-k栅介质和金属栅极材料

      英特尔率先将新材料创新性地组合，在其45纳米工艺技术方面极大地减少了晶体管漏电量，同时提高处理器性能。英特尔将采用专有的新型高-k介质材料作为晶体管栅介质，同时采用新型金属材料组合作为晶体管栅电极。

      英特尔公司联合创始人戈登·摩尔（Gordon Moore）指出，“采用高-k栅介质和金属栅极材料，是自上世纪60年代晚期推出多晶硅栅极金属氧化物半导体（MOS）晶体管以来，晶体管技术领域里最重大的突破，”

      晶体管是处理数字世界0、1组合的微型开关。栅用来打开或闭合晶体管，而栅介质是用来将栅从电流通道隔离出来的绝缘体底层。金属栅极和高-k栅介质的组合使晶体管漏电量非常低，性能大为提升。

      英特尔高级院士Mark Bohr指出：“随着越来越多的晶体管被集成到一个硅晶片上，业界一直在研究电流泄露问题的解决方案，我们的工程师和设计人员已经取得了重大突破，确保了英特尔在产品和创新方面的领导地位。我们在45纳米工艺技术方面采用了新型高-k栅介质和金属栅极晶体管，将帮助英特尔公司针对我们已经成功推出的英特尔酷睿2和至强系列处理器，推出速度更快、能效更高的多核产品，并使摩尔定律在下一个十年继续发扬光大。”

      相比较而言，一个人类红血球表面即可容纳大约400个英特尔公司的45纳米晶体管。就在10年前，当时最先进的工艺技术还是250纳米的，当时晶体管尺寸约是以英特尔今天宣布的技术实现的晶体管尺寸的5.5倍，面积约为现在的30倍。

      根据摩尔定律，一个芯片上的晶体管数量每两年几乎翻一倍。因此，英特尔有能力创新并集成产品，加入更多特性和计算处理核心，提高性能，并降低制造成本和单个晶体管生产成本。为保持创新速度，晶体管必须不断缩小。但是，使用现有的材料，晶体管的缩小能力几乎已经达到极限，因为随着晶体管尺寸已经达到原子级，功耗和发热的问题日益严重。因此，采用新材料已经成为摩尔定律和信息时代经济学未来发展的必然要求。

      英特尔45纳米工艺技术中的高-k栅介质和金属栅极材料

      采用氧化硅制造晶体管栅介质已有40余年，主要是由于其可加工能力，并且随着氧化硅被加工得越来越薄，晶体管性能也取得了稳步提高。英特尔在其此前的65纳米工艺技术中，已经成功将氧化硅栅介质的厚度缩小至1.2纳米（相当于五个原子层），但是不断缩小也使栅介质的漏电量逐步增加，导致电流浪费和不必要的发热。

      晶体管栅漏电与不断变薄的氧化硅栅介质有关，这一点已经被业界视为过去10年来摩尔定律面临的最大技术挑战之一。为解决这一棘手问题，英特尔公司在栅介质中采用厚度更大的铪基高-k材料取代氧化硅，与过去40多年中一直使用的氧化硅相比较，漏电量减少了10多倍。

      由于高-k栅介质与当今的硅栅电极不兼容，因此，英特尔45纳米晶体管材料的另一方面是开发新的金属栅极材料。虽然英特尔采用的特定金属仍未公开，但可知的是，英特尔将在晶体管栅电极中采用不同金属材料的组合。

      在英特尔45纳米工艺技术中，高-k栅介质与金属栅极的组合，使驱动电流或晶体管性能提高了20%以上。同时，使源极-漏极漏电降低了5倍以上，大幅提高了晶体管的能效。

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      英特尔公司的45纳米工艺技术也使晶体管密度比上一代工艺提高了大约两倍，使英特尔能够增加总体晶体管的数量或缩小处理器的大小。由于45纳米晶体管远小于上一代晶体管，因此，晶体管开关所需能量也大为减少，使主动切换耗电大约降低了30%。英特尔在45纳米接头中将采用低-k电介质的铜线，也是为了提高性能、降低功耗。同时，英特尔也将采用创新的设计规则和先进的掩模技术，拓展193纳米干式光刻技术的应用来制造其45纳米处理器，这主要得益于其成本优势和较高的可加工能力。

      Penryn系列处理器将带来更高能效表现

      英特尔公司每隔一年即推出一代新工艺技术和新的微体系架构，Penryn系列处理器秉承英特尔酷睿微体系架构优势，是英特尔高节奏技术进程中的下一步。英特尔以领先的45纳米工艺技术、大批量生产能力以及领先的微体系架构设计，已经开发出首批可实用的45纳米工艺Penryn处理器样品。

      英特尔正在开发的45纳米工艺产品超过15种，涵盖台式机、笔记本、工作站和企业版产品领域。45纳米双核处理器中含有4亿多个晶体管，四核处理器中含有8亿多个晶体管，Penryn系列处理器采用了全新的微体系架构特性，拥有更强的性能和电源管理能力，更高的核心速度以及高达12兆字节的缓存。Penryn系列处理器的设计也带有大约50条新的英特尔SSE4指令，拓展了针对媒体和高性能计算应用的能力和性能。