Definição de High-k dielectric

Dois recursos bastante enfatizados pela Intel na transição para o processo de 45 nanômetros (usado na produção do Penryn, sucessor do Core 2 Duo) são o "high-k dielectric" e o "metal gate electrode", abreviados como HK e MG.

O high-k dielectric consiste no uso de uma fina camada de um material baseado no elemento Háfnio (número 72 da tabela periódica) que possui uma constante dielétrica superior (high-k) ao do dióxido de silício, tradicionalmente utilizado na camada inferior do pólo central (gate) de cada transístor.

Esta camada é chamada de gate dieletric e tem a função de separar o emissor e o coletor, os dois pólos do transístor, evitando que a corrente flua enquanto o transístor está desligado. Conforme o transístor fica menor, a camada fica mais fina e torna-se menos eficiente, fazendo com que cada vez mais energia seja desperdiçada. O uso do high-k dielectric reduz o problema, permitindo que o processador opere a freqüências mais altas, consumindo menos energia.

O metal gate electrode consiste em substituir o gate electrode, a camada superior do pólo central do transístor (que vai logo acima do gate dieletric) por uma fina camada metálica, que melhora a condutividade do gate quando o transístor está aberto. Isto reduz o volume de energia necessária para mudar o estado do transístor, permite que ele chaveie de forma mais rápida (o que permite que o processador seja capaz de operar a freqüências mais elevadas) e permite que trabalhe utilizando uma tensão mais baixa, o que também ajuda a reduzir o consumo elétrico.

A combinação dos dois recursos é chamada pela Intel de "HK+MG" e serve para basicamente melhorar a eficiência geral dos transístores, permitindo que menos corrente passe quando o transístor está fechado e mais corrente passe quando ele está aberto.

Estima-se que a transição para o processo de 45 manômetros gere uma redução de até 30% na energia necessária para mudar o estágio dos transístores e que a combinação do high-k dielectric e o metal gate electrode torne o chaveamento dos transístores até 20% mais rápido, além de uma redução de até 80% no gate-leakage (o desperdício de energia que cresce exponencialmente conforme aumenta a freqüência de operação do processador), o que representa uma boa vantagem competitiva para Intel.