環柵場效應晶體管被認為是鰭式場效應晶體管(Fin FET)的進化版本,其核心設計理念是將Fin FET的垂直鰭片旋轉90°,并將多個鰭片橫向堆疊。環柵場效應晶體管實現了柵極對溝道的全方位包裹,相比于Fin FET,環柵場效應晶體管在同等尺寸結構對溝道控制能力更強、靜電完整性更優越。
環柵場效應晶體管(GAA FET)又稱全柵場效應晶體管,是一種新型晶體管架構。根據結構不同,環柵場效應晶體管分為使用納米線為電子晶體管鰭片的GAAFET、以納米片形式出現的多橋通道場效應管MBCFET兩種結構,兩者均可以實現3nm工藝節點。
晶體管柵長縮小會引起短溝道效應,包括熱電子效應、漏致勢壘降低(DIBL)、閾值電壓變化、亞閾值擺幅過高等現象。為克服短溝道效應,溝道材料、器件結構不斷優化創新,在器件結構方面,鰭式場效應晶體管(Fin FET)、環柵場效應晶體管(GAAFET)等多重柵極結構因提高了柵極對溝道的靜電控制能力,而得到廣泛研究。
隨著半導體節點持續縮小(3納米及以下節點),Fin FET的固有局限性(柵極覆蓋不均勻、電學特性波動性增大、鰭間距縮放困難)日益顯現,這一背景下,催生了對新一代晶體管架構——環柵場效應晶體管的迫切需求。
根據新思界產業研究中心發布的《2026-2030年環柵場效應晶體管(GAA FET)行業深度市場調研及投資策略建議報告》顯示,物聯網、自動駕駛、5G通信、高性能計算、AI訓練與推理等應用對處理器的高速、低功耗、小型化需求持續攀升,將驅動環柵場效應晶體管市場規模不斷擴大,預計2026-2030年全球環柵場效應晶體管市場將以10%以上的年均復合增長率增長。
在企業布局方面,環柵場效應晶體管已吸引韓國三星電子(Samsung)、臺積電、AMD、英特爾、英偉達等國際企業布局,其中三星電子率先在3nm制程節點采用GAA架構,并于2022年正式投產,但初期良率偏低。N2工藝是臺積電首個采用GAA納米片晶體管的工藝節點,在結構設計、性能參數上實現了里程碑式突破,于2025年底成功量產。
新思界行業分析人士表示,環柵場效應晶體管是未來半導體技術發展方向,隨著半導體節點工藝持續縮小,環柵場效應晶體管將占據更重要地位,市場前景廣闊。我國環柵場效應晶體管相關概念股包括有研新材、新萊應材、柏誠股份、朗科科技、微導納米、北方華創等。近年來,我國在環柵場效應晶體管器件研發及裝備制造方面取得了一系列突破,但產業化進程與國際領先水平相比仍有差距。
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