摩爾定律（Moore's law）是由英特爾創始人之一戈登·摩爾提出的。其內容為：集成電路上可容納的電晶體數目，約每隔兩年便會增加一倍；經常被引用的「18個月」，是由英特爾執行長大衛·豪斯（David House）提出：預計18個月會將晶片的性能提高一倍（即更多的電晶體使其更快），是一種以倍數增長的觀測。 摩爾定律，是在觀察基礎上，對趨勢的一個總結，同時也是對未來的展望。從摩爾定律提出，至今，已經有幾十年的時間。期間，不斷的有摩爾定律終結的傳言，然而，這些傳言卻不斷被打破。 摩爾定律，終有一天會終結，但是所有人都希望這一天來的越晚越好。 我們從另外一個角度來看，就可以明白，摩爾定律的延續能給我們帶來的好處。 上圖是每1000美元，所能買到的計算能力。相信不久之後，僅僅花1000美元，我們就可以買到與人類大腦計算能力相當的電子產品。 為了讓摩爾定律延續到更小的器件尺度，學術界和工業界在不同的材料、器件結構和工作原理方面的探索一直在進行中。探索的問題之一是電晶體的閘極設計。隨著器件尺寸越來越小，能否有效的控制電晶體中的電流變得越來越重要。 本文將嘗試就小小的電晶體閘極的角度，來見證半導體人是如何不斷實現著摩爾當年所吹下的牛逼，使得摩爾定律不斷延續傳奇。 high-k電介質材料的引入（high-k dielectric material）
從亞微米工藝, 到後來的90nm工藝所代表的深亞微米時代，業內一直按照摩爾定律，穩步的發展。 在65nm工藝的電晶體中的二氧化矽層已經縮小僅有5個氧原子的厚度了。作為阻隔柵極和下層的絕緣體，二氧化矽層已經不能再進一步縮小了，否則產生的漏電流會讓電晶體無法正常工作。 為什麼這層二氧化矽需要越來越薄，其實就是為了增大gate與閘極之間的電容。如果能找到高介電常數的物質，也同樣能夠增大電容值。 採用高電常數（high-k）的柵極介質，並且增加其厚度，則可獲得低閾值電壓、低溝道漏電、低柵極漏電的良好折中。 2007年，英特爾採用high-k介質技術，發布第一款基於45納米的四核英特爾至強處理器以及英特爾酷睿2至尊四核處理器。 由於high-k介質的引入，隨後的28nm製程的研發，也還算順利。
然而在28nm之後，人們發現，如果繼續採用傳統的Planar結構，摩爾定律難以為繼。
這時候，大家的目光放到了兩種非常有前途的結構上，那就是現在赫赫有名的FinFET結構以及他的競爭對手FDSOI。 這兩種結構都是由業界泰鬥胡正明教授在上世紀90年代提出。然後經過不斷的論證和實驗，趨於成熟。 他的思路就是，鑑於在關閉狀態，source到drain之間的漏電主要發生於距離柵極較遠的位置，那麼，只需要將閘極厚度做到足夠薄，那麼漏電將會被有效的控制。 基於這個思路，他提出了兩種結構，FinFET以及UTBSOI，UTBSOI是Ultra Thin Body SOI的簡稱，也就是後來的FDSOI。
FDSOI, 是將cmos與襯底之間通過Buried oxide（埋氧層）隔離。SOI就是Silicon on Insulator的縮寫。
buried oxide 另外，溝道中的將不會進行摻雜，主要也是工藝上的原因，想像一下，在只有十幾個原子的距離之間，進行摻雜，那麼摻雜多一兩個原子都會對電晶體的性能造成很大的影響，而以目前的技術手段，尚不能做到如此精確的控制。 FDSOI的關鍵點是閘極（body）做到非常薄。只有這樣才能夠減少SD之間的漏電。如果厚的話，距離柵極遠的地方，漏電依然無法避免。 這也是為什麼當時胡正明教授提出這種結構時，稱之為UTBSOI的原因。
FinFET的魚鰭（Fin）的結構，增加了柵極對溝道的控制面積，使得柵控能力大大增強，也意味著電壓可以進一步降低。 與FDSOI相同，對於閘極材料均不進行摻雜，避免了離散的摻雜原子的散射作用，同重摻雜的平面器件相比，載流子遷移率將會大大提高。 FinFET vs FDSOI：
由於有隔離層與襯底有了隔離，FDSOI有一些特有的特性。 即使襯底可以進行偏壓，從而調整電晶體的導通閾值，做到性能與功耗的平衡。雖然目前來看，FDSOI並未成為主流，但是其低成本，低功耗的特性，非常適於現在IOT的大規模應用，因此有其獨特的地位。 不過，FDSOI雖有成本優勢，因為仍然屬於平面工藝，尺寸難以做小，目前來看，在到達12nm之後，將難以再進行縮小。
FinFET工藝，使得工藝製程在28nm之後，不斷的得以更新換代，直至最新的5nm。 與FinFET的不同之處在於，GAA將通道的四周都被柵極包圍，所以稱之為Gate All Around。 趨勢上來看，FinFET的電壓已經降到極限，而GAA，能夠將工作電壓進一步降低。 目前，intel準備在5nm上使用GAA，三星，則準備在3nm上採用GAA。根據臺積電財報會議公布的最新消息，臺積電在其準備量產的3nm工藝製程上，不過可以確認，仍將採用FinFET工藝。
FinFET開啟了電晶體立體化的時代，相當於將閘極直立起來。GAA，則是將FinFET中的Fin,再次切割出更多的切面以增大與柵極接觸面積。 三星提出的稱為MBCFET（multi bridge Channle FET）的結構，則更進一步，類似於將FinFET中的多個Fin的結構再進行堆疊。 電晶體縱向排列的好處顯而易見，以前一個電晶體的面積，現在可以容納多個電晶體，電晶體的增加，將不會帶來面積的變化。
十年前，也就是2010年，當傳統planar CMOS結構走到盡頭時，由於胡正明教授發明的FinFET以及FDSOI新結構電晶體，使得摩爾定律得以延續傳奇。 無論未來新的結構會不會替代FinFET，無論摩爾定律會不會在未來某一天終結，但是就像胡正明教授所言，半導體產業本身的發展，仍然遠遠沒有到盡頭，即使百年之後，它仍將存在。
來源： 白山頭講IC ，作者：白山頭