3 एनएम प्रक्रिया

अर्ध-चालक निर्माण में, 3 नैनोमीटर प्रक्रिया 5 नैनोमीटर प्रक्रिया एमओएसएफईटी (धातु-ऑक्साइड-अर्धचालक क्षेत्र-प्रभाव प्रतिरोधान्तरित्र) प्रौद्योगिकी नोड के बाद अगला डाई सन्कुचित है। 2022 तक,ताइवान के चिप निर्माता टीएसएमसी ने 2022 की दूसरी पारी में एक 3 नैनोमीटर, अर्ध-चालक नोड जिसे N3 कहा जाता है, को बड़े पैमाने पर उत्पादन में लगाने की योजना बनाई है। N3E नामक एक उन्नत 3 नैनोमीटर चिप प्रक्रिया 2023 में उत्पादन प्रारभ कर सकती है। दक्षिण कोरियाई चिप निर्माता सैमसंग ने आधिकारिक रूप से ताइवान अर्धचालक निर्माण कंपनी लिमिटेड (मई 2022 तक) के समान समय सीमा को 2022 की पहली पारी में 3जीएई प्रक्रिया प्रौद्योगिकी का उपयोग करके और और दूसरी-पीढ़ी 3 नैनोमीटर प्रक्रिया (3जीएपी नाम) के साथ अनुसरण करने के लिए लक्षित किया। 2023 मे जबकि अन्य स्रोतों के अनुसार सैमसंग की 3 नैनोमीटर प्रक्रिया 2024 में प्रारंभ होगी। अमेरिकी निर्माता इंटेल की योजना 2023 में 3 नैनोमीटर उत्पादन प्रारंभ करने की है।

सैमसंग की 3 नैनोमीटर प्रक्रिया जीएएएफईटी (चारों ओर द्वार क्षेत्र प्रभाव प्रतिरोधान्तरित्र) तकनीक पर आधारित है, जो बहु-द्वार एमओएसएफईटी तकनीक का एक प्रकार है, जबकि ताइवान अर्धचालक निर्माण कंपनी लिमिटेड की 3 नैनोमीटर प्रक्रिया अभी भी फिनफेट (फिन क्षेत्र प्रभाव प्रतिरोधान्तरित्र) तकनीक का उपयोग करेगी, ताइवान अर्धचालक निर्माण कंपनी लिमिटेड चारों ओर द्वार क्षेत्र प्रभाव प्रतिरोधान्तरित्र विकसित करने के बाद भी उपयोग करेगी। विशेष रूप से, सैमसंग एमबीसीएफईटी (बहु-संबंध चैनल क्षेत्र-प्रभाव प्रतिरोधान्तरित्र) नामक चारों ओर द्वार क्षेत्र प्रभाव प्रतिरोधान्तरित्र के अपने संस्करण का उपयोग करने की योजना बना रहा है। इंटेल की प्रक्रिया को नैनोमीटर प्रत्यय के बिना इंटेल 3 कहा जाता है, प्रति वाट प्राप्त प्रदर्शन, ईयूवी लिथोग्राफी का उपयोग, और विद्युत और क्षेत्र में संशोधन की स्थितियों में इसकी पूर्व प्रक्रिया नोड्स की तुलना में फिन क्षेत्र प्रभाव प्रतिरोधान्तरित्र तकनीक के एक परिष्कृत, उन्नत और अनुकूलित संस्करण का उपयोग करेगा।

3 नैनोमीटर शब्द का प्रतिरोधान्तरित्र के किसी भी वास्तविक भौतिक विशेषता (जैसे द्वार की लंबाई, धातु की तारत्व या द्वार तारत्व) से कोई संबंध नहीं है। विद्युत और इलेक्ट्रॉनिक्स इंजीनियर संस्थान मानक संघ उद्योग संयोजन द्वारा प्रकाशित उपकरणों और प्रणालियों के लिए अंतर्राष्ट्रीय रूपरेखा के 2021 अद्यतन में निहित अनुमानों के अनुसार, 3 नैनोमीटर नोड में 48 नैनोमीटर की संपर्क द्वार तारत्व और 24 नैनोमीटर की सबसे सख्त धातु तारत्व होने की अपेक्षा है। हालांकि, वास्तविक विश्व के वाणिज्यिक अभ्यास में, 3 नैनोमीटर का उपयोग मुख्य रूप से माइक्रोचिप निर्माताओं द्वारा एक विपणन शब्द के रूप में किया जाता है, जो प्रतिरोधान्तरित्र घनत्व (यानी लघुकरण की एक उच्च डिग्री), बढ़ी हुई गति के संदर्भ में सिलिकॉन अर्ध-चालक चिप्स की एक नई, अधिकतम पीढ़ी का और कम बिजली की क्षय का उल्लेख करता है। इसके अतिरिक्त, विभिन्न निर्माताओं के बीच इस बारे में कोई उद्योग-व्यापी समझौता नहीं है कि कौन सी संख्या 3 नैनोमीटर नोड को परिभाषित करेंगे। सामान्य रूप से चिप निर्माता तुलना के लिए अपनी पूर्व प्रक्रिया नोड (इस स्थितियों में 5 नैनोमीटर प्रक्रिया नोड) को संदर्भित करता है। उदाहरण के लिए, ताइवान अर्धचालक निर्माण कंपनी लिमिटेड ने कहा है कि इसके 3 नैनोमीटर फिन क्षेत्र प्रभाव प्रतिरोधान्तरित्र चिप्स उसी गति से बिजली की क्षय को 25-30% तक कम कर देंगे, समान विद्युत पर गति को 10-15% तक बढ़ा देंगे और प्रतिरोधान्तरित्र घनत्व को इसकी तुलना में पूर्व 5 नैनोमीटर फिन क्षेत्र प्रभाव प्रतिरोधान्तरित्र चिप्स लगभग 33% बढ़ा देंगे।  दूसरी ओर, सैमसंग ने कहा है कि इसकी 3 नैनोमीटर प्रक्रिया बिजली की क्षय को 45% तक कम कर देगी, प्रदर्शन में 23% संशोधन करेगी, और इसकी पूर्व 5 नैनोमीटर प्रक्रिया की तुलना में सतह क्षेत्र में 16% की कमी आएगी।

ईयूवी को 3 नैनोमीटर पर नई चुनौतियों का सामना करना पड़ता है जिससे कई संरूपण का आवश्यक उपयोग होता है।

अनुसंधान और प्रौद्योगिकी प्रदर्शन
1985 में, एक निप्पॉन टेलीग्राफ और टेलीफोन (NTT) अनुसंधान दल ने एक धातु-ऑक्साइड-अर्धचालक क्षेत्र-प्रभाव प्रतिरोधान्तरित्र (एनएमओएस तर्क) उपकरण बनाया जिसकी चैनल लंबाई 130 नैनोमीटर प्रक्रिया 150 नैनोमीटर और द्वार ऑक्साइड सघनता 2.5 नैनोमीटर थी। 1998 में, एक उन्नत सूक्ष्म उपकरण (एएमडी) अनुसंधान दल ने 50 नैनोमीटर की चैनल लंबाई और 1.3 नैनोमीटर की ऑक्साइड सघनता के साथ एक एमओएसएफईटी (एनएमओएस) उपकरण तैयार किया।

2003 में, एनईसी की एक शोध टीम ने पीएमओएस और एनएमओएस प्रक्रियाओं का उपयोग करते हुए 3 नैनोमीटर की चैनल लंबाई के साथ पहले धातु-ऑक्साइड-अर्धचालक क्षेत्र-प्रभाव प्रतिरोधान्तरित्र का निर्माण किया। 2006 में,कोरिया उन्नत विज्ञान और प्रौद्योगिकी संस्थान (केएआईएसटी) और राष्ट्रीय नैनो फैब केंद्र की एक टीम ने चारों ओर द्वार क्षेत्र प्रभाव प्रतिरोधान्तरित्र तकनीक पर आधारित विश्व का सबसे छोटा नैनोइलेक्ट्रॉनिक उपकरण, 3 नैनोमीटर चौड़ाई वाला बहु द्वार धातु-ऑक्साइड-अर्धचालक क्षेत्र-प्रभाव प्रतिरोधान्तरित्र विकसित किया।

व्यावसायीकरण इतिहास
2016 के अंत में, ताइवान अर्धचालक निर्माण कंपनी लिमिटेड ने लगभग US$15.7 बिलियन के सह-प्रतिबद्धता निवेश के साथ 5 नैनोमीटर–3 नैनोमीटर नोड अर्ध-चालक निर्माण संयंत्र के निर्माण की योजना की घोषणा की।

2017 में, ताइवान अर्धचालक निर्माण कंपनी लिमिटेड ने घोषणा की कि उसे ताइवान के ताइनान विज्ञान पार्क में 3 नैनोमीटर अर्ध-चालक निर्माण संयंत्र का निर्माण प्रारंभ करना है। ताइवान अर्धचालक निर्माण कंपनी लिमिटेड की योजना 2023 में 3 नैनोमीटर प्रक्रिया नोड का मात्रा उत्पादन प्रारंभ करने की है।

2018 के प्रारंभ में, IMEC (अंतरविश्वविद्यालय सूक्ष्म-इलेक्ट्रॉनिक केंद्र) और ताल डिजाइन सिस्टम ने कहा कि उन्होंने अत्यधिक पराबैंगनी लिथोग्राफी (ईयूवी) और 193 नैनोमीटर विसर्जन लिथोग्राफी का उपयोग करके 3 नैनोमीटर परीक्षण चिप्स को टेप किया है।

2019 के प्रारंभ में, सैमसंग ने 2021 में 3 नैनोमीटर नोड पर 3 नैनोमीटर जीएएएफईटी के निर्माण की योजना प्रस्तुत की, जिसमें नैनोशीट्स का उपयोग करने वाली अपनी बहु-संबंध चैनल क्षेत्र-प्रभाव प्रतिरोधान्तरित्र संरचना का उपयोग किया गया; 7 नैनोमीटर की तुलना में प्रदर्शन में 35% वृद्धि, 50% बिजली की कमी और क्षेत्र में 45% की कमी प्रदान करना।  सैमसंग के अर्ध-चालक रूपरेखा में 8, 7, 6, 5 और 4 नैनोमीटर 'नोड्स' के उत्पाद भी सम्मिलित हैं।

दिसंबर 2019 में, इंटेल ने 2025 में 3 नैनोमीटर उत्पादन की योजना की घोषणा की।

जनवरी 2020 में, सैमसंग ने विश्व के पहले 3 नैनोमीटर चारों ओर द्वार क्षेत्र प्रभाव प्रतिरोधान्तरित्र प्रक्रिया प्रोटोटाइप के उत्पादन की घोषणा की, और कहा कि यह 2021 में बड़े पैमाने पर उत्पादन को लक्षित कर रहा है।

अगस्त 2020 में, ताइवान अर्धचालक निर्माण कंपनी लिमिटेड ने अपनी N3 3 नैनोमीटर प्रक्रिया के विवरण की घोषणा की, जो इसकी N5 5 नैनोमीटर प्रक्रिया में संशोधन होने के अतिरिक्त नई है। N5 प्रक्रिया की तुलना में, N3 प्रक्रिया को प्रदर्शन में 10–15% (1.10–1.15×) वृद्धि, या तर्क में 1.7× वृद्धि के साथ बिजली की क्षय में 25–35% (1.25–1.35×) कमी की पेशकश करनी चाहिए। घनत्व (0.58 का मापन कारक), एसआरएएम सेल घनत्व में 20% वृद्धि (0.8 मापन कारक), और एनालॉग परिपथ घनत्व में 10% की वृद्धि। चूंकि कई डिजाइनों में तर्क की तुलना में काफी अधिक एसआरएएम सम्मिलित है, (एक सामान्य अनुपात 70% एसआरएएम से 30% तर्क है) डाई केवल लगभग 26% होने की अपेक्षा है। ताइवान अर्धचालक निर्माण कंपनी लिमिटेड ने 2022 की दूसरी पारी में बड़े पैमाने पर उत्पादन की योजना बनाई है।

जुलाई 2021 में, इंटेल ने एकदम नई प्रक्रिया प्रौद्योगिकी रूपरेखा प्रस्तुत किया, जिसके अनुसार इंटेल 3 प्रक्रिया, कंपनी का ईयूवी का उपयोग करने वाला दूसरा नोड और इंटेल के रिबनएफईटी प्रतिरोधान्तरित्र संरचना पर स्विच करने से पहले फिन क्षेत्र प्रभाव प्रतिरोधान्तरित्र का उपयोग करने वाला अंतिम नोड, अब H2 2023 में उत्पाद निर्माण चरण में प्रवेश करने के लिए निर्धारित है।

अक्टूबर 2021 में, सैमसंग ने पहले की योजनाओं को समायोजित किया और घोषणा की कि कंपनी 2022 की पहली पारी में अपने ग्राहकों के पहले 3 नैनोमीटर-आधारित चिप डिज़ाइन का उत्पादन प्रारंभ करने वाली है, जबकि 2023 में इसकी 3 नैनोमीटर की दूसरी पीढ़ी की उपेक्षा है।

जून 2022 में, ताइवान अर्धचालक निर्माण कंपनी लिमिटेड प्रौद्योगिकी संगोष्ठी में, कंपनी ने 2023 H2 में मात्रा उत्पादन के लिए निर्धारित अपनी N3E प्रक्रिया प्रौद्योगिकी का विवरण साझा किया: 1.6× उच्च तर्क प्रतिरोधान्तरित्र घनत्व, 1.3× उच्च चिप प्रतिरोधान्तरित्र घनत्व, अंतर्राष्ट्रीय मानक संगठन विद्युत पर 10-15% उच्च प्रदर्शन या ताइवान अर्धचालक निर्माण कंपनी लिमिटेड N5 v1.0 प्रक्रिया प्रौद्योगिकी, फिनफ्लेक्स तकनीक की तुलना में अंतर्राष्ट्रीय मानक संगठन प्रदर्शन पर 30-35% कम विद्युत, एक ब्लॉक आदि के अंदर विभिन्न पथ ऊंचाइयों के साथ पुस्तकालयों को मिश्रित करने की स्वीकृति देता है। ताइवान अर्धचालक निर्माण कंपनी लिमिटेड ने 3 नैनोमीटर प्रक्रिया परिवार के नए सदस्यों को भी प्रस्तुत किया: उच्च घनत्व वाला संस्करण आरएफ अनुप्रयोगों के लिए N3S, उच्च-प्रदर्शन संस्करण N3P और N3X, और N3आरएफ सम्मिलित है।

जून 2022 में, सैमसंग ने जीएए संरचना के साथ 3 नैनोमीटर प्रक्रिया तकनीक का इस्तेमाल करते हुए लो-पॉवर, हाई-परफ़ॉर्मेंस चिप का शुरुआती उत्पादन प्रारंभ किया। उद्योग के सूत्रों के अनुसार, क्वालकॉम ने सैमसंग से 3 नैनोमीटर उत्पादन क्षमता का कुछ भाग आरक्षित किया है।

25 जुलाई, 2022 को, सैमसंग ने 3 नैनोमीटर द्वार-चारों ओर चिप्स की पहले भार चीन की क्रिप्टोकरंसी खनन कंपनी पैनसेमी को भेजी।   यह पता चला कि नई प्रारंभ की गई 3 नैनोमीटर एमबीसीएफईटी प्रक्रिया प्रौद्योगिकी 16% उच्च प्रतिरोधान्तरित्र घनत्व, अनिर्दिष्ट 5 नैनोमीटर प्रक्रिया तकनीक की तुलना में 23% अधिक प्रदर्शन या 45% कम बिजली लेना प्रदान करती है। दूसरी पीढ़ी की 3 नैनोमीटर प्रक्रिया प्रौद्योगिकी के लक्ष्यों में 35% तक उच्च प्रतिरोधान्तरित्र घनत्व, बिजली लेने में और 50% तक की कमी या 30% तक उच्च प्रदर्शन सम्मिलित है।

29 दिसंबर, 2022 को ताइवान अर्धचालक निर्माण कंपनी लिमिटेड ने घोषणा की कि उसकी 3नैनोमीटर प्रक्रिया तकनीक N3 का उपयोग करके आयतन उत्पादन अच्छी उत्पादकता के साथ चल रहा है। कंपनी 2023 की दूसरी पारी में एन3ई नामक रिफाइंड 3 नैनोमीटर प्रक्रिया तकनीक का उपयोग करके आयतन निर्माण प्रारंभ करने की योजना बना रही है।

दिसंबर 2022 में, आईईडीएम 2022 सम्मेलन में, ताइवान अर्धचालक निर्माण कंपनी लिमिटेड ने अपनी 3नैनोमीटर प्रक्रिया प्रौद्योगिकियों के बारे में कुछ विवरणों का प्रदर्शन किया: N3 की संपर्क द्वार तारत्व 45 नैनोमीटर है, N3E की न्यूनतम धातु तारत्व 23 नैनोमीटर है, और एसआरएएम सेल क्षेत्र N3 के लिए 0.0199 μm² और 0.021 μm² है। N3E के लिए (N5 के समान) N3E प्रक्रिया के लिए, डिजाइन के लिए उपयोग किए जाने वाले सेल में पंखों की संख्या के आधार पर, N5 2-2 फिन सेल की तुलना में क्षेत्र मापन 0.64x से 0.85x तक होती है, प्रदर्शन लाभ 11% से 32% तक होता है और ऊर्जा संग्रह 12% से 30% तक (संख्या प्रांतस्था-A72 कोर को संदर्भित करती है) होती है। ताइवान अर्धचालक निर्माण कंपनी लिमिटेड की फिनफ्लेक्स तकनीक समान चिप में विभिन्न संख्या में पंखों के साथ सेलों को मिलाने की स्वीकृति देती है।

आईईडीएम 2022 से रिपोर्ट करते हुए, अर्ध-चालक उद्योग विशेषज्ञ डिक जेम्स ने कहा कि ताइवान अर्धचालक निर्माण कंपनी लिमिटेड की 3नैनोमीटर प्रक्रियाओं ने केवल वृद्धिशील संशोधन की पेशकश की, क्योंकि फिन की ऊंचाई, द्वार की लंबाई और प्रति प्रतिरोधान्तरित्र (एकल फिन) की संख्या के लिए सीमाएं पहुंच गई हैं। एकल विसरण अवरोध, सक्रिय द्वार पर संपर्क और फिनफ्लेक्स जैसी सुविधाओं के कार्यान्वयन के बाद, फिन क्षेत्र प्रभाव प्रतिरोधान्तरित्र- आधारित प्रक्रिया प्रौद्योगिकियों में संशोधन के लिए और कोई स्थान नहीं संरक्षित रहेगा।

अप्रैल 2023 में, अपने प्रौद्योगिकी संगोष्ठी में, ताइवान अर्धचालक निर्माण कंपनी लिमिटेड ने अपनी N3P और N3X प्रक्रियाओं के बारे में कुछ विवरणों का प्रदर्शन किया, जिन्हें कंपनी ने पहले प्रस्तुत किया था: N3P N3E की तुलना में 5% उच्च गति या 5%-10% कम विद्युत और 1.04× उच्च चिप घनत्व की पेशकश करेगा। जबकि N3X, N3P की तुलना में ~3.5× उच्च क्षरण और समान घनत्व की कीमत पर 5% गति लाभ प्रदान करेगा। N3P 2024 की दूसरी पारी में मात्रा उत्पादन में प्रवेश करने के लिए निर्धारित है, और N3X 2025 में अनुसरण करेगा।

बाहरी संबंध

 * 3 नैनोमीटर lithography process