FinFET

Jeder Computerchip besteht aus Milliarden winziger elektrischer Schalter. Diese Schalter heißen Transistoren und kennen nur zwei Zustände: Strom fließt oder Strom fließt nicht. Daraus entstehen die Nullen und Einsen, mit denen ein Computer rechnet. Lange Zeit waren diese Schalter flach gebaut: eine dünne Leiterbahn auf der Oberfläche des Siliziums, darüber eine Steuerelektrode. Beim FinFET steht die Leiterbahn stattdessen aufrecht wie eine schmale Rippe. Genau daher kommt der Name: « Fin » ist das englische Wort für Flosse oder Rippe.

Warum flache Transistoren an ihre Grenze kamen

Chips werden seit Jahrzehnten immer kleiner. Kleinere Schalter bedeuten mehr Rechenleistung auf derselben Fläche und weniger Stromverbrauch pro Rechenschritt. Doch bei den flachen Transistoren trat ab etwa 2010 ein Problem auf. Sie wurden so kurz, dass die Steuerelektrode den Stromfluss nicht mehr sauber abschalten konnte.

Das Ergebnis nennt man Leckstrom: Auch im ausgeschalteten Zustand sickerte Strom durch den Kanal. Bei Milliarden Transistoren summiert sich das zu echter Verlustwärme. Handys wurden heiß, Akkus leerten sich schneller, Rechenzentren brauchten mehr Kühlung. Einfach weiter zu schrumpfen hätte die Chips also schlechter statt besser gemacht.

Der FinFET löste dieses Problem und machte damit die Fortsetzung der Miniaturisierung möglich. Ab etwa 2012 stellte die Industrie schrittweise darauf um. Fast jedes Smartphone und jede Grafikkarte der 2010er-Jahre steckt voller FinFETs. Ohne diese Bauform wäre der Leistungssprung der letzten zehn Jahre so nicht passiert.

Die Rippe und der Griff um den Kanal

Ein Transistor hat drei wichtige Teile. Aus der Quelle kommt der Strom, am Ziel kommt er an, dazwischen liegt der Kanal. Eine Steuerelektrode, das sogenannte Gate, entscheidet, ob der Kanal leitet oder sperrt. Beim flachen Transistor berührt dieses Gate den Kanal nur von oben. Die Kontrolle ist damit einseitig und wird bei sehr kurzen Kanälen schwach.

Beim FinFET wird der Kanal aus dem Silizium herausgeätzt und steht als dünne, hohe Wand nach oben. Das Gate wird über diese Wand gelegt und umschließt sie von drei Seiten: links, rechts und oben. Man kann es sich wie eine Hand vorstellen, die einen Gartenschlauch nicht nur von oben drückt, sondern ganz umfasst. Der Schlauch lässt sich so viel sauberer zudrücken.

Diese dreiseitige Kontrolle drückt den Leckstrom stark herunter. Außerdem lassen sich mehrere Rippen nebeneinander bauen und gemeinsam schalten. So bekommt man mehr Stromstärke, ohne mehr Grundfläche zu verbrauchen. Deshalb heißt die Bauform bei manchen Herstellern auch Tri-Gate, also Dreifach-Gate.

Vom Smartphone zur Nachfolgetechnik GAAFET

Man sieht einen FinFET nie mit bloßem Auge, benutzt aber ständig welche. Prozessoren in Handys, Notebooks und Spielkonsolen der letzten Jahre basieren auf dieser Bauform. Auch die Grafikchips, auf denen KI-Modelle trainiert werden, wurden lange in FinFET-Technik gefertigt. In Firmennachrichten taucht der Begriff meist bei Chipherstellern wie TSMC, Intel oder Samsung auf.

Häufig verwechselt werden FinFETs mit Angaben wie « 5 Nanometer » oder « 3 Nanometer ». Diese Zahlen sind heute reine Marketingnamen für eine Fertigungsgeneration und keine echte Messgröße mehr. Der FinFET beschreibt dagegen die Form des Bauteils, nicht seine Größe. Beides gehört zusammen, meint aber Verschiedenes.

Inzwischen stößt auch der FinFET an Grenzen, weil die Rippen kaum noch dünner werden können. Die Nachfolgetechnik heißt GAAFET oder Nanosheet. Dort umschließt das Gate den Kanal von allen vier Seiten statt nur von dreien. Seit etwa 2022 wechseln die großen Hersteller bei ihren modernsten Chips darauf. FinFETs verschwinden trotzdem nicht so schnell, denn für günstigere Chips bleiben sie noch lange im Einsatz.