Металлические ворота , в контексте бокового металл-оксид-полупроводник стек (МОП), это поверхностный слой разделения транзистора блока сам от прикреплена исток- затвора материал изготовлен из металла.
Алюминий [ править ]
Первый МОП-транзистор ( полевой транзистор металл-оксид-полупроводник, или МОП-транзистор) был изобретен египетским инженером Мохамедом Аталлой и корейским инженером Давоном Кангом в Bell Labs в 1959 году и продемонстрирован в 1960 году. [1] Они использовали кремний в качестве материала канала. и несамоцентрирующийся алюминиевый (Al) затвор. [2]
Поликремний [ править ]
В конце 1970-х годов промышленность отказалась от металла (чаще всего алюминия , испаренного в вакуумной камере на поверхность пластины) в качестве материала затвора в стопке металл-оксид-полупроводник из-за сложностей производства. [ необходима цитата ] Материал под названием поликремний ( поликристаллический кремний , сильно легированный донорами или акцепторами для уменьшения его электрического сопротивления) был использован для замены алюминия .
Поликремний может быть легко нанесен путем химического осаждения из паровой фазы (CVD) и устойчив к последующим этапам производства, которые включают чрезвычайно высокие температуры (выше 900–1000 ° C), в отличие от металла. В частности, металл (чаще всего алюминий - легирующая примесь типа III ( P-тип )) имеет тенденцию диспергироваться в кремнии ( сплавиться с ним) во время этих стадий термического отжига . [ необходима цитата ] В частности, при использовании на кремниевой пластине с ориентацией кристаллов <11 1> чрезмерное легирование алюминия (из-за длительных этапов высокотемпературной обработки) с нижележащим кремнием может создатькороткое замыкание между рассеянными областями истока или стока полевого транзистора под алюминием и через металлургический переход в нижележащую подложку, вызывая непоправимые сбои схемы. Эти шорты создаются пирамидальной формы шипы кремния - алюминиевого сплава - вертикально , указывающими «вниз» в кремниевой пластине. Практический предел высоких температур для отжига алюминия на кремнии составляет порядка 450 ° C. Поликремний также привлекателен для простого изготовления самовыравнивающихся ворот.. Имплантация или диффузия примесей примесей истока и стока осуществляется с установленным затвором, что приводит к идеально совмещенному с затвором каналу без дополнительных литографических операций, что может привести к рассогласованию слоев.
NMOS и CMOS [ править ]
В технологиях NMOS и CMOS с течением времени и при повышенных температурах положительные напряжения, используемые структурой затвора, могут вызывать любые существующие положительно заряженные примеси натрия непосредственно под положительно заряженным затвором, чтобы диффундировать через диэлектрик затвора и мигрировать в менее положительно заряженный канал поверхность, где положительный заряд натрия оказывает большее влияние на создание канала, тем самым снижая пороговое напряжение N-канального транзистора и потенциально вызывая сбои со временем. Ранее PMOSтехнологии были нечувствительны к этому эффекту, потому что положительно заряженный натрий естественным образом притягивался к отрицательно заряженному затвору и от канала, сводя к минимуму сдвиги порогового напряжения. N-канальные процессы с металлическими затворами (в 1970-е годы) требовали очень высоких стандартов чистоты (отсутствие натрия ), чего было трудно достичь в те сроки, что приводило к высоким производственным затратам. Затворы из поликремния - хотя они чувствительны к тому же явлению, они могут подвергаться воздействию небольшого количества газообразного HCl во время последующей высокотемпературной обработки (обычно называемой « геттерированием ») для реакции с любым натрием., связываясь с ним с образованием NaCl и унося его с газовым потоком, оставляя затворную структуру практически без натрия, что значительно повышает надежность.
Тем не менее, поликристаллический кремний , легированный на практическом уровне не предлагает практически нулевой электрическое сопротивление металлов, и, следовательно , не является идеальным для зарядки и разрядки емкости затвора от транзистора - приводит к замедлению схемы.
Начиная с узла 45 нм , технология металлических затворов возвращается вместе с использованием материалов с высокой диэлектрической проницаемостью ( high-κ ), впервые разработанных Intel.
Кандидатами на роль металлического электрода затвора, вероятно, являются NMOS, Ta, TaN, Nb (одиночный металлический затвор) и PMOS WN / RuO 2 (металлический затвор PMOS обычно состоит из двух слоев металла).
Благодаря этому решению можно повысить деформационную способность канала (за счет металлического затвора). Кроме того, это позволяет снизить ток возмущений (колебаний) в затворе (из-за расположения электронов внутри металла).
См. Также [ править ]
- Оксид ворот
- Многопользовательское устройство
Ссылки [ править ]
- ^ "1960 - Металлооксидный полупроводниковый (МОП) транзистор продемонстрирован" . Кремниевый двигатель . Музей истории компьютеров . Проверено 25 сентября 2019 .
- ^ Войнигеску, Сорин (2013). Высокочастотные интегральные схемы . Издательство Кембриджского университета . п. 164. ISBN 9780521873024.
