关于基于铪元素的高K金属栅极硅制程以及铪元素对IC业的影响

   基于铪元素的高K金属栅极硅制程:
    K为金属的特殊属性，高k金属将提供很好的介电常数,是很高的介电常数。低介电常数的物质会削弱整个电场，影响电气性能)和很好的场效应。
    这种高K金属是一种铪的氧化物，所以说是“基于铪元素的高K金属”。而CPU的栅极是指多极晶体管中最靠近阴极的电极，栅极的作用是晶体管与外界沟道的连接器。只有当栅级的介电常数很高，才不会影响整个电场的场效应。
    这就是为什么说这个技术能节电降温的原因：节电是因为基于铪元素的高K金属具有很高的介电常数，保持的强大的场效应，防止了电子流失；降温是因为防止电子流失转换成热能。所以说是“基于铪元素的高K金属栅极”。
    最后，由于当前CPU制程还是由硅化物制造U内晶体管和各种芯片，所以依然属于硅制程。

1923 年，德国科学家科斯特和匈牙利科学家冯·赫维西在哥本哈根对锆矿石进行X 射线光谱分析发现72 号元素铪。1926 年，他们用氟化铵和氟化钾的复盐从锆土中分离出金属铪。81年后的今天，铪带来了IT业界的一次划时代变革。

1923年的一次对锆矿石进行的X 射线光谱分析带来了81年后的技术革新。2007年，这个名叫铪、元素谱中列居72号的元素突然为IT界所熟知，成为新IT发展趋势的重要推动力量。这种常用作X射线的阴极、钨丝制造工业以及核反应堆控制棒的金属在晶体管与集成电路发展中取代了硅，成为制造晶体管电介层的新材料。

集成电路制造工艺的革新

二氧化硅在晶体管与集成电路的发展史中类似于神化般的地位曾经一帆风顺地推动着晶体管集成电路发展，推动晶体管集成电路的制造工艺不断升级。作为晶体管门电路的基片，二氧化硅必须保证一定的厚度，这样才能实现电平的高低差异，进而实现CPU对数字信号的识别。在65纳米制程工艺中，二氧化硅的厚度已经降至5层原子那么厚。

然而，人们对芯片技术的要求并没有降低，他们需要更多突破性的芯片技术。这要求在更小的体积内集成更多的晶体管数目，需要更高的制造工艺。在迈向45纳米的过程中，二氧化硅的厚度受到了挑战，如果进一步降低二氧化硅的厚度将不可避免受到漏电等因素的影响。

在对芯片制造工艺的探索中，英特尔的工程师注意到了铪这种元素。在迈向45纳米制造工艺的路上，基于铪的高-K金属栅极技术发挥了重要的作用。以英特尔新推出的Penryn为例，由于采用了基于铪的高-K金属栅极技术，切换功耗比原来降低了30%，切换速度比原来提升了10%，栅极漏电比原来降低10倍，而源极向漏极的损耗减少5倍。

铪金属在芯片制造技术上的出现，延续了摩尔定律的生命力，使之再次以钟摆般稳健的步伐引导芯片产业界的发展。

铪的突破

2007年11月12日，在美国加州圣克拉拉市，英特尔第一次将16款配备了新制造技术的服务器及高端PC处理器，这也意味着，铪已经作为CPU制程的一个决定性元素走进了IT业界。

这些采用了新晶体管技术的芯片能够有效减少漏电量，增强计算性能，进而减少能源消耗。同时英特尔还宣布，在处理器的封装中弃用了危害环境的铅元素，并将于2008年采用无卤化材料，贡献于环保。

突破还不止这些。在基于铪的高-K金属栅极技术之上，英特尔实现了将酷睿2 至尊处理器及至强处理器同时实现了英特尔45纳米技术，稳健执行自己的Tick-Tock战略。45纳米技术和高-K金属栅极技术两大优势加上全新的处理器特性，使得创造更加快速、节能、环保的处理器产品成为可能。这一重大突破为英特尔设计比前代产品小25%的处理器铺平了道路，并使设计出更加经济高效、轻便小巧的产品的成为可能，此外还为其2008年开发新型超移动及消费电子“片上系统”产品打好了基础。

谈到45纳米处理器的推出对业界产生的影响，相关分析师向记者介绍道：“英特尔作为一个技术公司和一个半导体行业的领导者，45纳米处理器的推出对整个半导体行业的发展来讲是意义重大的一步，为产业的发展作出了贡献。”在谈到英特尔45纳米处理器问世对处理器市场竞争和市场格局的影响时，分析师表示：“英特尔在竞争格局中会保持领先地位。市场需求变化的过程应该是渐进的，不会一蹴而就，但是在不久的将来，市场上的主流一定会是45纳米制造工艺的处理器。”

可预见的未来电脑

基于铪的高-K金属栅极技术和45纳米技术的发布延续了人们对更小巧产品的追求，同时也带来的一些未来产品发展的方向。

随着高-K金属栅极技术和45纳米技术的发布，英特尔同时宣布45纳米处理器中还增加了许多新的特性，如全新的SIMD流指令扩展4（SSE4），可通过47条全新指令加快包括视频编码在内的工作负载的处理速度，从而支持高清晰度画质和照片处理以及重要的HPC和企业应用；增强的虚拟化技术可仅通过升级硬件配置而无需修改软件来实现，加快虚拟机切换（进入/退出）的速度平均提升25%增加到75%；采用Radix 16技术的快速除法器几乎可将所有应用的计算速度提升近一倍。使更快的指令和命令除法速度就进一步提升了计算机的性能；通过实施更宽的128位shuffle单元，使得具有类似于shuffle操作的SSE相关指令的性能得到明显增强。

通过观看配备全新处理器运行的游戏，记者发现，游戏的流畅性、逼真性都比以前有了很大的提高，实际游戏帧数也有了大幅的提高，每秒帧数不低于30的播放频率保证了游戏的质量。针对SSE4在显示效果中的表现，游戏公司Crytek公司的研发经理Douglas Binks博士表示：“借助新型45纳米高-K英特尔酷睿2 至尊处理器，利用多核技术来在每枚内核上构建完美的物理引擎、粒子效应和音频效果，我们的游戏产品《孤岛危机（Crysis）》实现了令人惊叹的游戏体验。”

同时，英特尔还与相关软硬件厂商合作，提供完美的企业使用服务。软件厂商Novell就曾表示，基于英特尔全新45纳米制造技术的服务器处理器，我们的系统将能帮助客户更好的管理、简化、保护和集成他们的 IT 系统，不仅提升了用户的投资回报率，同时还降低了成本和复杂性。

对于英特尔抢先推出的45纳米新品，AMD中国区计算产品部产品市场总监唐志德批驳说“对产品性能没什么好处”。 唐志德说，制造工艺从65纳米到45纳米对CPU的性能并没有太多的帮助，性能主要由处理器架构决定，英特尔制造工艺改进为45纳米，其作用有两点，一是降低了处理器的价格；二是降低了功耗。同时，有相关报道指出英特尔45纳米产品仅仅是过渡产品。尽管评价不一，但不可否认，铪元素加入处理器制造工艺，是对芯片制造的一大改进。

基于铪的高-K金属栅极技术之上，英特尔实现了将酷睿2 至尊处理器及至强处理器同时实现了英特尔45纳米技术，稳健执行自己的Tick-Tock战略。45纳米技术和高-K金属栅极技术两大优势加上全新的处理器特性，使得创造更加快速、节能、环保的处理器产品成为可能。

这是40年来晶体管技术的最大变革。

——戈登·摩尔