Yo voy a empezar mi respuesta, volviendo de nuevo a lo que me enseñaron en la Uni - básicamente cómo cada uno de los parámetros del transistor de la escala de un enfoque llamado "Constante del Campo Eléctrico de Escala".
Supongamos que tenemos un transistor, y quiere escala de longitud \$L\$ y ancho\$W\$, \ $\alpha\$ (ambos son reducidas para mantener la relación de aspecto de la misma). \$\alpha\$ \$2\$, \$4\$, \$1.23\$, De nada realmente. Lo que sucede?
El material que no cambia, por lo que para evitar la descomposición, queremos mantener el campo eléctrico a través de los transistores de la misma.
$$E=\frac{V_{ds}}{L}=\frac{V_{ds}'}{(L/\alpha)} \Rightarrow V_{ds}'=\frac{V_{ds}}{\alpha}$$
La salida de la fuente de voltaje del transistor debe escala - por lo tanto los voltajes de ir hacia abajo. También se puede decir lo mismo de la tensión umbral del transistor (\$V_t\$) y la puerta de la tensión de la fuente, (\$V_{gs}\$).
De nuevo, para los campos eléctricos a seguir siendo la misma fuerza, en concreto, a través de la puerta de óxido. \$E=\frac{V}{m}\$ así:
$$T_{ox}'=\frac{T_{ox}}{\alpha}$$
Así que la puerta de obtener la más delgada! Esto a su vez cambia la capacitancia del óxido:
$$\begin{align}
C_{ox}&=\epsilon \frac{WL}{T_{ox}} \\
C_{ox}'&=C_{ox}\times\frac{\alpha}{\alpha^2}=\frac{C_{ox}}{\alpha}\\
\end{align} $$
¿Por qué la capacitancia de la materia? Así, podemos aproximar la saturación actual \$I_{d(sat)}\$. Podemos decir:
$$I_{d(sat)}\approx(\frac{V_{sat}C_{ox}}{L})(V_{gs}-V_t)$$
Esto significa que podemos razonablemente suponer que:
$$I_{d(sat)}'=I_{d(sat)}\frac{\alpha}{\alpha}\frac{1}{\alpha}=\frac{I_{d(sat)}}{\alpha}$$
No voy a entrar en ella, pero también puede averiguar la frecuencia \$f'=\alpha f\$, de ahí las cosas pueden acelerar como hemos escala hacia abajo.
Ahora, la potencia disipada de cada transistor se puede aproximar como:
$$P=IV=I_d V_{ds}$$
Así como el transistor escalas:
$$P'=I_{d(sat)}'\times V_{ds}'=\frac{I_{d(sat)}}{\alpha}\times \frac{V_{ds}}{\alpha} = \frac{P}{\alpha^2}$$
Observe cómo la disipación de energía se ha reducido en la plaza de \$\alpha\$!
Por lo que la densidad de potencia \$U=P/A\$, se mantendrá constante:
$$U'=U\frac{\alpha^2}{\alpha^2}=U$$
Todo esto se ve genial, esto significa que podemos mantener la escala y aumentar el número de transistores por la misma cantidad de energía, mientras que conseguir más rápido y más rápido. O no?
La cosa es, que no es otra consideración importante. Con el fin de interactuar con el mundo exterior, y para inmunidad al ruido, no podemos seguir reduciendo la tensión del proceso - observa cómo en los anteriores, todos los campos eléctricos que se mantengan de la misma mediante la intensificación de las tensiones. En la práctica esto no se hace directamente - las tensiones se están incrementando mucho más lento que el tamaño de los transistores. Si no fuera, entonces por ahora CPUs probablemente se esté ejecutando en 0.1 V de la lógica en lugar de 0,65 V o menos. La menor cantidad de ruido en las señales o rieles de potencia sería catastrófico.
En la práctica, dos diferentes factores de escala, uno por tamaño (\$\alpha\$) y uno de los voltajes (\$\kappa\$). La escala es algo como esto:
$$
\begin{array}{c|c}
Dimension & Scale Factor \\
\hline
L, W, T_{ox} & 1/\alpha\\
A & 1/\alpha^2\\
V_{ds}, V_{gs} & 1/\kappa\\
E_{ds}, E_{ox} & \alpha/\kappa\\
C_{ds}, C_{ox} & 1/\alpha\\
I_{d(sat)} & 1/\kappa\\
P & 1/\kappa^2\\
U & \alpha^2/\kappa^2\\
f & \alpha\\
\end{array}
$$
A partir de esto podemos ver que debido a los diferentes factores de escala, la densidad de potencia, \$U\$, va a subir si \$\alpha\$ es escalar más rápido que \$\kappa\$ es, que es lo que está sucediendo en la práctica.
Además, este es un resumen muy simplificado. Se mantiene bastante bien, si usted tiene muy grande de transistores, pero a medida que se hacen más pequeños y más pequeños, que no se mantiene tan bien como usted podría esperar. Observe cómo dos de los factores clave \ $T_{ox}\$ \ $L\$ obtener más pequeño?
Bueno, básicamente esto significa que la barrera entre el canal y la puerta está volviendo más y más pequeña, como es la distancia entre el drenaje y la fuente. El grosor es ahora llegar tan delgada, que cómodamente se puede medir en el número de átomos de grosor. La distancia entre drenaje y fuente cada vez más pequeño también significa que el campo eléctrico entre drenaje y fuente cuando el transistor está apagado, comienza a interactuar con la barrera creada por el campo eléctrico de la puerta.
Ambos de estos factores significan que la cantidad de las pérdidas en el transistor no deseados de las corrientes que fluyen de drenaje a la fuente, o el desagüe de la puerta, aumentar. Si hay fugas de subir, la disipación de energía que sube (y en algún punto de los transistores de dejar de funcionar correctamente). Esta fuga es no tenerse en cuenta en el anterior derivaciones.
