Национальный цифровой ресурс Руконт - межотраслевая электронная библиотека (ЭБС) на базе технологии Контекстум (всего произведений: 634840)
Контекстум
Руконтекст антиплагиат система

Электрические параметры нано-МОП транзисторов (220,00 руб.)

0   0
АвторыПетров Борис Константинович, Воробьев Владимир Васильевич
ИздательствоИздательско-полиграфический центр Воронежского государственного университета
Страниц61
ID238615
Аннотация В данном пособии рассматриваются конструкции и особенности характеристик нано-МОП транзисторов по сравнению с традиционными, а также их физические ограничения.
Кому рекомендованоРекомендуется для студентов 4-го курса физического факультета.
Электрические параметры нано-МОП транзисторов / Б. К. Петров, В. В. Воробьев .— Воронеж : Издательско-полиграфический центр Воронежского государственного университета, 2012 .— 61 с. — 60 с. — URL: https://rucont.ru/efd/238615 (дата обращения: 26.04.2024)

Предпросмотр (выдержки из произведения)

ФИЗИЧЕСКИЕ И КОНСТРУКТИВНЫЕ ОГРАНИЧЕНИЯ ДЛИНЫ КАНАЛА В НАНОРАЗМЕРНЫХ МОП ТРАНЗИСТОРАХ. <...> Пример расчета зависимости порогового напряжения от ширины канала . <...> ТОК СТОКА НАНОМОП НАНОТРАНЗИСТОРОВ В РЕЖИМЕ СМЫКАНИЯ ИСТОКОВОГО И СТОКОВОГО ПЕРЕХОДОВ. <...> ТУННЕЛЬНЫЙ ТОК ЧЕРЕЗ СТОКОВЫЙ P-N-ПЕРЕХОД ПРИ ОБРАТНОМ СМЕЩЕНИИ. <...> ТУННЕЛЬНЫЙ ТОК ЧЕРЕЗ ЗАТВОРНЫЙ ДИЭЛЕКТРИК В НАНОМОП ТРАНЗИСТОРАХ. <...> Считается, что в приборах с малыми размерами начинают проявляться новые электрические свойства, связанные с квантованием энергетических уровней. <...> В настоящее время основными активными приборами, применяемыми в вычислительной технике, являются МОП транзисторы. <...> В то же время по ряду параметров МОП транзисторы подошли вплотную к теоретически возможным пределам. <...> Тепловое расширение маски и пластины В ходе процесса экспонирования может произойти изменение температуры как маски, так и полупроводниковой пластины. <...> Поэтому минимально допустимый ток в ИС тоже определяется флуктуациями тока [3]: I qn= , где n – число электронов, τ – длительность импульса тока. <...> Следовательно, nканальный транзистор T1 заперт, а р-канальный транзистор Т2 открыт (считаем, что Uпит > |Uотп2|, UсиТ2 ≈ 0). <...> В 2004 г. минимальные технологические размеры достигли 0,09 мкм, а длина канала 495 Е, количество транзисторов составило 125 000 000, тактовая частота 2,4 – 3,8 ГГц. <...> Области истока и стока достаточно мелкие для подавления короткоканальных эффектов. n+-полиSi n + SiO2 TiSi2 p + р-канал n - карман SiO2 р+-полиSi p + спейсер Si3N4 15 3. <...> ЗАВИСИМОСТЬ ПОРОГОВОГО НАПРЯЖЕНИЯ ОТ ДЛИНЫ КАНАЛА Рассмотрим для конкретности МОП транзистор с индуцированным nканалом на p+-подложке с концентрацией акцепторов Nа = (1ч5)·1018 см-3 и исток V=0 О n++-Si C La об.сл r0 A D ΔQaи L′ p+-Si x Рис. <...> Конфигурация заряженных слоев в структуре МОП транзистора с индуцированным n-каналом диффузионными сильнолегированными n++-областями (Ndи= Ndс >1·1020 см-3) истока и стока (рис. <...> Считаем, что на электрод затвора подается положительное напряжение относительно электрода <...>
Электрические_параметры_нано-МОП_транзисторов_(1).pdf
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ НАНО-МОП ТРАНЗИСТОРОВ Учебное пособие для вузов Составители: Б.К. Петров, В.В. Воробьев Издательско-полиграфический центр Воронежского государственного университета 2012
Стр.1
СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................................... 4 1. ОГРАНИЧЕНИЯ МИНИМАЛЬНЫХ РАЗМЕРОВ ЭЛЕМЕНТОВ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ...............................................................................................5 1.1. Ограничения в технологии производства.........................................................5 1.1.1. Нечеткость границы тени от фотошаблона ...........................................5 1.1.2. Тепловое расширение маски и пластины...............................................6 1.1.3. Влияние флуктуаций примеси.................................................................7 1.1.4. Статистическая воспроизводимость технологических процессов.............................................................................................................7 1.2. Физические ограничения..................................................................................8 1.2.1. Минимальная толщина пленки металла ................................................8 1.2.2. Минимальное напряжение источника питания.....................................8 1.2.3. Минимально допустимый ток в ИС.......................................................9 1.2.4. Задержка и искажение импульсов на связях ...................................... 11 1.2.5. Ограничения размеров элементов памяти...........................................12 1.3. Ограничения интеграции элементов ..............................................................12 2. ФИЗИЧЕСКИЕ И КОНСТРУКТИВНЫЕ ОГРАНИЧЕНИЯ ДЛИНЫ КАНАЛА В НАНОРАЗМЕРНЫХ МОП ТРАНЗИСТОРАХ....................................13 2.1. Инвертор на КМОП транзисторах .................................................................13 2.2. Конструкция КМОП транзисторов................................................................15 3. ЗАВИСИМОСТЬ ПОРОГОВОГО НАПРЯЖЕНИЯ ОТ ДЛИНЫ КАНАЛА........................................................................................................................16 3.1. Длинноканальный транзистор........................................................................17 3.2. Короткоканальный транзистор.......................................................................19 3.3. Пример расчета порогового напряжения ......................................................21 4. ЗАВИСИМОСТЬ ПОРОГОВОГО НАПРЯЖЕНИЯ ОТ ШИРИНЫ КАНАЛА........................................................................................................................21 4.1. Пример расчета зависимости порогового напряжения от ширины канала ...................................................................................................................23 5. ТОК СТОКА НАНОМОП НАНОТРАНЗИСТОРОВ В РЕЖИМЕ СМЫКАНИЯ ИСТОКОВОГО И СТОКОВОГО ПЕРЕХОДОВ....................24 6. РАСЧЕТ ПОДПОРОГОВЫХ ТОКОВ В НАНОМОП ТРАНЗИСТОРАХ ...............................................................................................29 7. ТУННЕЛЬНЫЙ ТОК ЧЕРЕЗ СТОКОВЫЙ P-N-ПЕРЕХОД ПРИ ОБРАТНОМ СМЕЩЕНИИ................................................................................33 8. ТУННЕЛЬНЫЙ ТОК ЧЕРЕЗ ЗАТВОРНЫЙ ДИЭЛЕКТРИК В НАНОМОП ТРАНЗИСТОРАХ......................................................................40 9. РАСЧЕТ НАНО-МОП ТРАНЗИСТОРА СО СТРУКТУРОЙ КНИ...........52 9.1. Конструкция транзистора......................................................................52 9.2. Определение порогового напряжения транзистора КНИ..................53 9.3. Переходная ВАХ и крутизна транзистора КНИ..................................58 ЛИТЕРАТУРА................................................................................................... 60 3
Стр.3
Получить ∆x<1 мкм при контактной фотолитографии не удается из-за размывания тени фотошаблона. В настоящее время основным методом производства интегральных схем является ультрафиолетовая фотолитография. Использование других методов фотолитографии (рентгеновской, электронной) позволяет существенно уменьшить минимальную ширину линии. Например, для электронов с энергией E = 10 ч 103 эВ: Δ ≥ = x  2mΕ ≈ ÷1 0, 1 Å. Однако для рентгенолитографии возникают трудности с маскированием, а из-за кулоновского расталкивания электронов в пучке и рассеяния в резисте при электронной литографии реализовать потенциальные возможности методов не удается. К сожалению, эти методы не дают высокой производительности и практически не используются в массовом производстве интегральных схем. 1.1.2. Тепловое расширение маски и пластины В ходе процесса экспонирования может произойти изменение температуры как маски, так и полупроводниковой пластины. Пусть коэффициент линейного расширения α = 2·10-5 1/К, размер фотошаблона l = 150 мм, ∆T = 1 К. Тогда ∆l = 3 мкм. Поэтому необходима стабилизация температуры до 0,01 К в пределах фотошаблона и обрабатываемого объекта. Снизить требования к изменениям температуры можно, экспонируя пластину по частям. 6 λ
Стр.6
1.1.3. Влияние флуктуаций примеси Неизбежные в технологических процессах флуктуации примеси оказывают заметное влияние на параметры p-n-переходов, особенно при малых размерах активной области и низкой концентрации легирующей примеси. Допустим, что распределение примеси по объему является гауссовым. Пусть N nd 3 = (N N N/)− i i i=− средне количество примеси в активной области элемента, i него значения, εМ – максимально допустимое относительное отклонение количества примеси от среднего значения. Вероятность того, что в заданном объеме d3 будет справедливо ε> εМ, равна M N P = − 1 2 1/ 2 ∫0 рию распределения примесей N PS /d , должно быть меньше единицы. Число элементов на чипе, не удовлетворяющих выбранному крите3 1 = При εМ = 0,1; n = 1019 см-3; S = 10-2 см2 находим d > 10-5 см [3]. 1.1.4. Статистическая воспроизводимость технологических процессов Пусть l – размер конструктивного элемента микросхемы. Если этот размер много больше постоянной решетки (а ≈ 3 Å), то материал рассматривается как непрерывная среда. При l = 10 ч 100 Е флуктуации в распределении примеси становятся заметными. Если N – число атомов легирующей примеси, n – их концентрация, то N = nV. Среднеквадратичное отклонение случайной величины от среднего значения Nср равно [3]: 7 e −y / 2 2 dy . − относительное отклонение количества примеси от средε π ε
Стр.7
ΔNср.кв. = [ ()] . 12 N Nср − Кроме того, Δ . = ср кв. N N ср 1 N ср . При Nср = 103, ∆N/N = 0,03 (3%). Размер элемента, содержащий такое количество атомов примеси при концентрации n = 3·1016 см-3 и кубической форме, оказывается равным 0,3 мкм. Если n > 3·1016 см-3, размер элемента может быть меньше в несколько раз. 1.2. Физические ограничения 1.2.1. Минимальная толщина пленки металла Ограничение минимальной толщины пленки металла связано с двумя причинами. Во-первых, минимальная толщина металла определяется требованиями к высоте потенциального барьера φМ. Барьер формируется уже при толщине металла в несколько моноатомных слоев, поэтому толщина металла может быть около 10 Å. Во-вторых, толщина металла определяется из условия малого сопротивления пленки. При удельном сопротивлении ρМ = 10-5 ч 10-6 Ом·см толщина пленки металла 0,01 ч 0,1 мкм. 1.2.2. Минимальное напряжение источника питания Пусть Е – энергия, которую носители заряда должны преодолеть, чтобы переключить цепь, причем E qU= , где U – напряжение питания схемы. 8 2
Стр.8