65纳米到45纳米业界质的的飞跃

● 从65纳米到45纳米　必须找到新的high-K材料

　　如之前面所描述的，在45纳米以前使用的二氧化硅由于易获取性以及能够通过压缩其厚度以维持栅级的电容进而持续改善晶体管效能，因此在过往四十余年的时间中，业内均普遍采用二氧化硅做为制造晶体管栅介质的材料。而在65纳米制程工艺下，Intel公司已经将晶体管二氧化硅栅介质的厚度压缩至与五层原子的厚度相当。65纳米已经达到了这种传统材料的极限。

高K+金属栅集晶体管

　　为了解决上述问题，便开发了新的高-K材料来做栅级，目前Intel使用金属铪(读音为哈，英文为Hafnium)的氧化物作为栅极的电介质，这种材料具有高K的性质，可以做的足够厚以防止漏电，又因为有较高的介电常数可以维持栅级的电容。不过这种材料作为新的栅极电介质和原来的栅极的多晶硅（参杂）不兼容。后来Intel用特殊金属代替多晶硅作为栅极材料，至于金属材料的成分则属于商业机密并没有公布。而金属栅极本身相比多晶硅拥有更快的开关速率，又多了一个提升速度的因素（可以说是一石N鸟）。金属栅极与高电介质组成的栅极结构就是所谓的“高K金属栅结构”,能使晶体农牧管开关速度能够提升20%且耗电量降低30%。

● 第一款45纳米QX9650　晶体管数量增长40%　面积下降25%

Yorkfield内核四核心Core 2 Extreme QX9650特性众多

图左为Yorkfield内核C2E QX9650，右为Kentsfield内核C2E QX6850

　　采用了高k金属栅结构的Yorkfield内核四核心处理器拥有8.2亿个晶体管，这比上一代采用二氧化硅做栅级电介质的65纳米Kentsfield内核的5.82亿个晶体管足足多出了2.38亿个之多。其中，50%的二级缓存容量增长约占据了1.92亿个晶体管，而余下的部分则分别由新增的SSE4多媒体指令运算单元以及微架构的改良部分所占据。

       虽然内建晶体管数量提升了约40%，但是由于采用了先进的高K金属栅材料的45纳米制程工艺，Yorkfield内核四核心处理器的核心面积仍由286平方毫米缩减至214平方毫米，单位晶圆内切割核心数量的增长有助于产品成本的进一步降低。

　  英特尔共同创始人Gordon Moore说，采用“high-k”和金属材料标志着自从60年代末推出多晶硅栅MOS晶体管以来晶体管技术的一个最大的变化。

　　英特尔高级研究员Mark Bohr说，在45纳米工艺技术中采用“high-k”和金属栅晶体管将使英特尔能够提供速度更快、更节能多内核产品，把摩尔定律延续到下一个10年。

　　而在新一代的处理器中所推出的睿技术正是基于更高的晶体管开关速度和更低的漏电率。包括Intel下一代普及的32纳米技术在内，高-K材料都将成为新一轮技术革新的关键。