Moderne Halbleiter-Technologien
Konsequenzen der Miniatuarisierung
In der Vergangenheit wurden zahlreiche Varianten dieser Skalierungstheorie entwickelt und in die Praxis umgesetzt. So führt die allgemeine Skalierungstheorie die Versorgungsspannung und einige Parameter in einem geringeren Maße als die Bauelemente-Dimensionierungen nach. Lange Zeit wurde insbesondere die Versorgungsspannung aus Gründen der Kompatibilität konstant gehalten. In der Folge liegt damit aber heute die elektrische Feldstärke in den Bauelementen in einem kritischen Bereich.
Weitere Theorien orientieren sich an verschiedenen Zielfunktionen, die aus den gewichteten Parametern Geschwindigkeit, Leistungsaufnahme, Zuverlässigkeit, Packungsdichte und Kosten gebildet werden. Als grundlegender physikalischer Zusammenhang soll hier die funktionale Beschreibung der Ausgangskennlinie eines MOS-Transistors betrachtet werden:
Die Gleichung besagt, dass der Sättigungsstrom eines MOS-Transistors und damit in erster Näherung auch die Verzögerungszeit durch ein digitales CMOS-Gatter folgende Abhängigkeiten aufweist.
Proportionalität zu der Dielektrizitätskonstante eox des Gateoxids
umgekehrte Proportionalität zu der Dicke tox des Gateoxids
Proportionalität zur Weite w des Transistors
umgekehrte Proportionalität zur Länge l des Transistors
Die Kostenentwicklung lässt sich ebenfalls aus der Skalierungstheorie ableiten. Verschiedene Quellen geben eine Reduktion der Kosten pro Bauelemente von einer Halbleitergeneration zur nächsten mit dem Faktor 1/K an. Wie stark dieser wirtschaftliche Aspekt die technische Entwicklung treibt, wird auch aus der International Technology Roadmap for Semiconductors deutlich, in der technologische Entwicklung für dynamische RAM-Bausteine, Mikroprozessoren und kundenspezifische Schaltungen differenziert werden. Dabei wurde in der letzten Ausgabe sogar noch die Vorhersage für Mikroprozessoren beschleunigt, während diejenige für die lange Zeit sehr viel weniger rentablen DRAMs verzögert wurde.