Transistorendichte

Transistorendichte bezeichnet die Anzahl der Transistoren, die auf einer gegebenen Fläche eines integrierten Schaltkreises untergebracht sind. Sie wird üblicherweise in Transistoren pro Quadratmillimeter (Transistoren/mm²) angegeben und ist ein zentrales Maß für die logische Dichte sowie die potenzielle Speicherkapazität pro Fläche eines Chips.

Historisch wuchs die Transistorendichte stark, wodurch leistungsfähigere und energieeffizientere Chips möglich wurden. Moore's Gesetz beschreibt diesen Trend als Verdopplung der Transistoranzahl pro Chip alle etwa zwei Jahre, was indirekt mit einer Verdopplung der Dichte pro Fläche einhergeht. In jüngerer Zeit verlangsamt sich dieser Zuwachs aufgrund physikalischer Grenzen, steigender Herstellungs kosten und zunehmender Komplexität. Neue Architekturen wie FinFETs und Gate-All-Around-Transistoren, verbesserte Lithographie (einschließlich EUV) sowie fortgeschrittene Patterning-Techniken haben das weitere Verdichten ermöglicht, oft gekoppelt mit Innovationen in der Bausteinkonfiguration.

Die Transistorendichte wird von mehreren Faktoren bestimmt: der minimalen Transistorabmessung, den Abständen zwischen Bauteilen, der Struktur des Gate- und Source/Drain-Bereichs sowie der Metallisierung. Fortschritte in der Lithographie, Transistorgestaltung, Dopingprozessen und Verbindungsverfahren beeinflussen maßgeblich die erreichbare Dichte. Zusätzlich erhöhen 3D-Integration und stacking die effektive Dichte über die Ebene der reinen Fläche hinaus, zum Beispiel durch Monolithisches 3D-Design oder vertikale Speicherschichten.

Hohe Transistorendichte verbessert in der Regel die Leistungsdichte und die Energieeffizienz, kann aber mit höheren HerstellungsKosten, verringerter Yield-Stabilität und erhöhter Wärmeentwicklung einhergehen. Konkurrenz zu Dichtegewinnen sind Gestaltungskomplexität, Zuverlässigkeit und Fertigungsauslastung.

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