. Распределение плотности заряда в МОП-транзисторе с учетом квантовых эффектов

В тожевремяиз-заквантовомеханическихэффектови обедненияполикремниевыхзатворов, заряд  в  канале  и  в  инверсном  слое  располагается  на  некотором  расстоянии  от  границы  Si-SiO2, являясьфункциейотнапряжения  назатворе.Нарис.5показанотоэффективная  электрическая емкость затворнойкомпозицииопределяетсяемкостьюобедненногополикремния,физической емкостьюдиэлектрикаи         вклада       квантовыхэффектов   в       кремнии,   которые     сдвигают   пик распределенияносителейзарядаот границыраздела.Приобратномсмещениичастьприложенного напряженияобедняетсильнолегированныйполикремнийоколограницыразделас диэлектриком затвора.Увеличениелегированияполикремния,вблизи границыраздела,снижаетэффектобеднения улучшаяуправлениеканалом.Поэтомудля лучшегоуправленияканаломоправданоиспользование металлическихзатворов,таккакониобладаютиммунитетомкэффектуобеднения.

Количество   носителей   падает   до  минимума   на  границе   барьера,   а  пик  распределения смещаетсяглубжевкремний(рис.5).Вкладвэффективнуюдиэлектрическую  емкостьзависитот  , где    диэлектрическая  проницаемость  кремния,  а    эффективное  расстояние носителейзарядаотграницыраздела(рис.5).Максимумраспределениярасположенв1нмотграницыSiSiO2, чтоувеличиваетэффективнуютолщинуSiO2(ToxEff,phys)на0.3нм.

Значительнаячастьматериаловсвысокойдиэлектрическойпроницаемостьюнестабильнапри контакте  с  кремнием,  поэтому  необходим  буферный  слой  SiO2    на  границе  раздела  кремний-диэлектрик.Эффективнаяемкостьвэтомслучаебудетравна

ионаопределяетсяемкостьюбуферногооксида.Эффективнаяэлектрическаятолщинадиэлектрика равна

где  — квантовая поправка для заряда в канале (0,3 нм),  — поправка для обедненного поликремния (0,5 нм).

Вприборахс толщинойоксидаSiO2 менее1.5нмтуннельныетокислишкомвеликидля обеспеченияприемлемогоэнергопотребленияИС(рис.4). Поэтомунеобходимматериалсболее высокойдиэлектрической         проницаемостью.        Альтернативныедиэлектрики       с        высокой диэлектрическойпроницаемостьюявляютсяключомдля дальнейшегомасштабированияМОПтранзисторов  сразмеромзатвораменее0.1мкм.Этиматериалыпозволяютиспользовать  толстые диэлектрическиеслои,чтоприводиткменьшимпотерямиз-затуннелированияпозволяют дальнейшее  масштабирование  эффективной  толщиныоксида.Нарис.6показанадиэлектрическая проницаемостьдвойныхоксидов(относительноSiO2)исоответствующаяимшириназапрещенной зоны.В общемслучаежелательнабольшаяшириназапрещеннойзоны,таккаквысота потенциальногобарьераувеличиваетсявместес ней.Из-заобратнойквадратичнойзависимостиот высотыбарьераи линейнойзависимостиот толщиныоксида,преимуществов выбореотдается материаламсвысокойдиэлектрическойпроницаемостьюсцельюуменьшениятуннельноготока

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector