Kāpēc izmantot augstas kvalitātes materiālus kā vārtu dielektrisko slāņu materiālus?

Kāpēc izmantot augstas kvalitātes materiālus kā vārtu dielektrisko slāņu materiālus?

Kā izveidojās vārtu dielektriskais slānis? Kāpēc uzlabotajā procesā kā vārtu dielektriskais slānis tiek izmantoti materiāli ar augstu k līmeni?

Kas tiek izmantots progresīvo mezglu vārtu dielektriskajam slānim?

Tehnoloģiju mezgls	Strukturālās iezīmes	Augsta k Vidēja
		nMOS	pMOS
45 nm	Plakans	HfO₂/ZrO	HfO₂/ZrO
32 nm	Plakans	HfO₂	HfO₂
22 nm	FinFET/Tri-gate	HfO₂	HfO₂
14 nm	FinFET/Tri-gate	HfO₂	HfO₂

Kā parādīts tabulā iepriekš, 45 nm mezglā un zemāk tiek izmantots HKMG (High-k Metal Gate) process, un augstas k materiāls tiek izmantots kā vārtu dielektriskais slānis; Mezgli virs 45 nm galvenokārt izmanto silīcija oksīdu kā vārtu dielektrisko slāni.

Kas ir vārtu dielektriskais slānis?

Kā parādīts attēlā iepriekš, pelēkā zona diagrammas augšpusē apzīmē vārtus, un vārtiem tiek pielikts spriegums, lai kontrolētu strāvas kanāla veidošanos starp avotu un kanalizāciju. Gaiši dzeltenais slānis zem vārtiem apzīmē vārtu dielektrisko slāni, izolējot vārtus un monokristāla substrātu no līdzstrāvas vadīšanas.

Kas ir vārtu noplūdes strāva?

Procesa mezglam samazinoties, mikroshēmas izmērs samazinās, un vārtu oksīda slānis turpina retināt, un, ja vārtu dielektriskais slānis ir ļoti plāns (mazāks par 2 nm) vai ar augstu spriegumu, elektroni cauri dielektriskajam slānim iziet cauri tunelēšanas efektam. kā rezultātā starp vārtiem un pamatni rodas noplūdes strāva.

Problēmas, ko izraisa noplūdes strāvas?

Palielinās mikroshēmas enerģijas patēriņš, palielinās siltuma ražošana un samazinās pārslēgšanas ātrums. Piemēram, loģiskajās shēmās noplūdes strāvas var izraisīt līmeņa novirzi vārtu līmeņa loģiskajās shēmās.

Kāpēc izmantot augstas kvalitātes materiālus?

Augstas k dielektriskiem materiāliem ir augstāka dielektriskā konstante (k vērtība) nekā parastajiem SiO₂. Ir šādi augstas kvalitātes multivides veidi:

Augstas kvalitātes materiāls	Dielektriskā konstante
Hafnija HfO2 oksīds	25
Titāna oksīds TiO2	30-80
Cirkonija oksīds ZrO2	25
Tantala pentoksīds Ta2O5	25-50
Bārija stroncija titanāts BST	100-800
Stroncija titanāts STO	230+
Svina titanāts PZT	400-1500

Kapacitātes formula: C=ϵ⋅A\d

ε\d ir dielektriskā konstante, AA ir kondensatora laukums un dd ir dielektriskā slāņa biezums.

Kā parādīts formulā, jo lielāks ε pie noteikta C, jo mazāka ir A/d attiecība. Pat ar augstas k dielektriķi ir iespējams palielināt dielektriskā slāņa biezumu, vienlaikus saglabājot kapacitāti. Augstas k klases materiālu fiziskais biezums ir vairāk nekā 3–6 reizes lielāks nekā silīcija oksīda biezums, jo elektroniskā tunelēšanas strāva ir eksponenciāli saistīta ar izolācijas slāņa biezumu, kas ievērojami samazinās vārtu dielektriskā slāņa kvantu tunelēšanas efektu, tādējādi efektīvi uzlabojot vārtu noplūdes strāvu.