Сравнительный анализ кремния на изоляторе металл-оксид-полупроводник и объемных комплементарных металл-оксид-полупроводник структур - Курсовая работа

Министерство образования Республики Беларусь БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ Дисциплина полупроводниковые приборы и элементы интегральных микросхемПолевой транзистор со структурой металл-оксид-полупроводник (МОП-транзистор) в настоящее время является основным элементом сверхбольших интегральных схем (СБИС), таких, как микропроцессоры и полупроводниковые запоминающие устройства. Принцип работы поверхностного полевого транзистора впервые предложен Лилиенфельдом и Хейлом в начале 30-х годов. Основные характеристики МОП-транзисторов затем исследовали Ихантола и Молл, Са, Хофштейн и Хейман. Поскольку ток в МОП-транзисторах переносится в основном носителями только одного типа (например, электронами в n-канальных приборах), МОП-транзисторы обычно относят к классу униполярных приборов. кремний изолятор оксид полупроводник Основная структура полевого транзистора металл-окисел-полупроводник (МОП-транзистора) приведена на рис.Уже на ранних стадиях разработки МОП ИС стало ясно, что в цифровых схемах, выполненных на ри n-канальных МОП транзисторах, включенных последовательно, можно получить очень малую «статическую» рассеиваемую мощность (мощность в установившемся режиме). Такие схемы называются комплементарными МОП схемами, или просто КМОП схемами. Чтобы понять, почему в КМОП схемах рассеиваемая мощность очень мала, рассмотрим основной функциональный блок цифровых схем и систем - инвертор. Инвертор представляет собой схему, выходной (двоичный) сигнал которой есть инверсия его входного сигнала. Электрическая схема и топология базового КМОП инвертора показаны на рисунке 1.1 и 1.2; передаточная характеристика по напряжению - на рисунке 1.3.Известно, что переход от кремниевых пластин, в том числе с эпитаксиальным слоем, на структуры КНИ при производстве большого класса полупроводниковых приборов и микросхем дает заметные преимущества по сравнению с объемным материалом, в частности, снижение потребляемой мощности и увеличение быстродействия. Несмотря на успехи отдельных фирм (Intel, NEC, Lecent Technology) в уменьшении размеров элементов (менее 50 нм), физические пределы (квантовые эффекты и неопределенность поведения малых токов) и технологические пределы (ограниченная рассеиваемая мощность, сложность топологии и туннельные токи) могут существенно затормозить процесс микроэлектроники на основе масштабированного уменьшения размеров элементов в рамках стандартной технологии на объемном кремнии КМОП. В настоящее время в мире используются два основных метода создания пластин КНИ (зарубежное название Silicon On Isolation - SOI): имплантационный метод - внедрение в глубину кристалла ионов кислорода (Silicon Implanted by Oxygen - SIMOX) с последующим синтезом скрытого окисла при отжиге и метод водородного переноса кремния с окислом (Smart Cutr SOI), состоящий в прямом сращивании облученной водородом донорной окисленной пластины кремния с опорной подложкой с последующим почти полным удалением донорной пластины путем ее скола имплантированным водородом. Заключительными операциями в методе Брюэля после переноса слоя кремния с окислом на опорную подложку являются термообработка при 1100-1200?C, улучшающая параметры структуры КНИ за счет отжига радиационных дефектов в кремнии, захороненном SIO2, удаление остаточного водорода и укрепление связей на границе сращивания. Недостатком метода являются трудоемкость и увеличенная неоднородность толщины отсеченного слоя кремния изза последней операции и повышенная по сравнению с кремнием температурная стабильность дефектов в облученном ионами диэлектрике.В подпороговой области работает только больцмановская статистика, поэтому чувствительность подпорогового тока: (2.1) к изменению затворного напряжения описывается величиной подпорогового размаха (В/декада): (2.2) учитывая наличие поверхностных состояний на границе раздела между кремниевым телом и подзатворным окислом: (2.3) получаем: (2.4) Поскольку толщина скрытого окисла обычно намного больше, чем толщина подзатворного, то мы имеем неравенство Сг/С\ <С 1. Это означает, что при малой плотности поверхностных состояний (Сц/С\ <С 1) величина подпорогового размаха напряжения оказывается вблизи своего теоретически минимального значения ~1п 10<рт ~ 60 МВ/декада, что выгодно отличает КНИ МОП полностью обедненного типа от транзистора объемной технологии. В хороших короткоканальных МОПТ объемной технологии величина подпорогового размаха составляет ~85 МВ/декада для технологии 0,25 мкм, в то время как для полностью обедненного КНИ МОП для тех же 0,25 мкм размах составляет = 70 МВ/декада при комнатной температуре. 7.10), в подпороговой области частично обедненных КНИ МОПТ емкость поверхностных состояний доминирует над емкостью инверсионного слоя (Су Сту), а это означает, что выражение (9.6.3) следует уточнить: (2.6)Сквозное обеднение происходит при таком взаимодействии обедненных областей истока и стока, которое снижает потенциальный барьер между ними, препятствующий протеканию электронного тока.

Содержание

Введение

1. Общие сведения о КНИ и КМОП структурах

1.1 Назначение и общие характеристики КМОП структур

1.2 Назначение и общие характеристики КНИ структур

2. Подпороговые характеристики КНИ структур

3. Механизмы пробоя МОП структур

4. Основные плюсы и минусы КНИ и КМОП структур

4.1 Плюсы и минусы КНИ структур

4.2 Плюсы и минусы КМОП структур

Заключение

Литература