دور الديليكتريات العالية في تصعيد مصانع الشبهات
Table of Contents
The Ongoing Quest for Transistor Miniaturization
وقد اتبعت صناعة شبه الموصلات منذ عقود قانون مور، وتقلص أبعاد المترجم إلى حزمة أكبر من الطاقة الحاسوبية في مناطق أصغر حجماً، مما مكّن من استمرار الاختناق في الهواتف الذكية، وخواديم السحب، ومسارات الأشعة التي تحدد الحياة الحديثة، غير أن طول البوابات المترجمة تقترب من النطاق الذري، والاختناقات التقليدية في المستقبل فيما يتعلق بأجهزة التبريد ذات التردد العالي)٢(.
لماذا مادة ديليكتري في المترجمين
القدرات وخط البوابة
In a metal-oxide-semiconductor field-effector (MOSFET), the gate stack consists of a metal electrode (or heavily do polysilicon) separated from the semiconductor channel by an insulating layer-the gate dielectric.
مشكلة السقوط
عندما ينخفض سميك السي أو 2 إلى أقل من 1.5 نانومترات، تيار الأنفاق المباشر يصبح مرتفعاً بشكل غير مقبول، ويمكن للكهرباء أن تعبر النسيج حتى عندما يفترض أن يكون المرسل مطفأ، ويهدر الطاقة ويولد الحرارة.
الديليكتريات العالية السمعة وامتيازاتها
المواد الرئيسية
(أ) المادة ذات النطاق العالي التي اعتمدت على نطاق واسع في المنطق الحديث للحركة هي ثاني أكسيد الهافنيوم (HfO2)، مع وجود ثابت في الديكل يبلغ نحو 20-25، مقارنة بـ 3.9 للسي أو 2، ومن بين المرشحين البارزين (منطق الزور 2، k[FLTox])
لماذا لا تستخدم فقط مادة ثيكر لويك؟
وإذا ما أصبح جهاز الديكل منخفضاً أكثر سمة للحد من التسرب، فإن التسربات تسقط، ويفقد المترجم قدرته على التبديل بسرعة، وتحل المواد ذات المستوى العالي هذه المعضلة بالحفاظ على القدرة على النفق، وتوضع، على نفس القدر من الأهمية، العديد من المقاييس الغذائية العالية التي تستخدم تركيبات الطبقات الذرية، وهي تقنية توفر التحكم في السمية في البوابات الذرية، وتتفق مع ثلاث هياكل.
تحديات التكامل: الجيات المعدنية والواجهات
قضية صليب فونون وشحن
ولا يُستبدل هذا السطو على السيو أو 2 بجهاز غذائي عالي المستوى إلا باستبدال بسيط، وكثيرا ما تكون المواد العالية المستوى ذات نطاق أقل للطاقة وارتفاع كثافة الدول المصيدة في الوصلة بين السيليكون، ويمكن لهذه المصاعد أن تلتقط ناقلات الشحن، مما يتسبب في تحولات في الحجم العتلي، ويقلل من قدرة الناقلين، ومشاكل الموثوقية مثل عدم استقرار درجة الحرارة التحيزية، والآثار الغذائية التي تتوقف على الزمن)١(.
هندسة العمل وجلدات المعادن
وتتعارض بوابات البوليسيليكون مع العديد من المواد ذات الحجم الكبير بسبب تأثيرات التعبئة والنضوب التي تتدهور الأداء، وحلت هذه الصناعة هذا التحول إلى البوابات المعدنية ذات الوظائف المتوحدة، واختيرت بالنسبة للمحركات المتعددة الأطراف ذات الطابع غير المتجانس والملموس، والمعادن المختلفة (مثلاً، تيل بالنسبة للشبكة الوطنية لتي تيت أو مو إن) لوضع عتبة عالية للمعادن.
تقنيات التصنيع
Deposition (ALD)
(أ) [الشعبة] هي الطريقة المفضلة لإيداع مقاييس الديكل عالية الجودة لأنها تعتمد على ردود الفعل السطحية المحدودة ذاتياً، وتستخدم دورة نموذجية للترددات العالية جداً في التعرض للرباعي (ديميثيلميدو) والفنيوم والماء، وينتج هذا الفيلم الذي يرتاد بزات متعددة طولها 300 ميلتر وداخل سمات متخلفة جداً.
Post-Deposition Annealing
After ALD, a high —temperature annealing step (usually in an inert ambient like N2 or forming gas) is used to densify the film, reduce defect densities, and improve polylinity. The Belgian phase of HfO2 strongly influences its permittivity: the monoclinic phase (common after deposition) has [Fgon circulation:0]
آليات الموثوقية والتحلل
عدم القدرة على التمهيد في بياس
وفي ظل ضغط مطول على البوابة، يؤدي الشحنات في طبقة عالية الكثافة إلى تحول تدريجي في حجم العتبة، وهذا أمر شديد بوجه خاص بالنسبة لأجهزة الرصد والتحقق والتفتيش التي تخضع للتحيز السلبي، حيث إن الكثافة العالية للفخاخ الموجودة في HfO2، بالنسبة للسي أو 2، تجعل من الباحثين قلقا بالغا، ويحققون في تقنيات الرش بالأكسجين وإدماج النيتروجين للحد من الكثافة الفخية.
Time —Dependent Dielectric Breakdown (TDDB)
ويعرف أيضاً بإنهيار الأكسيد، ويحد مجلس التجارة والتنمية من عمر المترجم، وفي أكوام كبيرة، يُحدث الانهيار عن طريق تشكيل مسارات للإستعمار في كل من الطبقات العالية والمشتركة بين الوجوه، وتستخدم نماذج إحصائية مثل توزيع ويبول للتنبؤ بمعدلات الفشل، وتُعالج تحسينات - مثل زيادة نسبة سميك طبقة مزدوجة - ممتدة من الهوامش الموثوقية.
الاتجاهات المستقبلية: ما بعد المستوى العالي التقليدي
Vroelectric HfO2 and Negative Capacitance
وكان اكتشاف غير متوقع في 2010ات هو أن بعض المراحل البلورية من HfO2 (orthorhombic) تظهر تسارعاً، وهذا يفتح الباب أمام مترجمين سلبيين للضغط، حيث يمكن للتحول الفائق أن يضخم من منطق البوابة ويتيح التحول شبه 60 مللي/ديكاديمي (حد البولتسمان) تستخدم تطبيقات العيد الفلكي في النجمي في الأشعة تحتية.
مواد عالية الجودة من 2D
ويعرض موصلان نصف ثنائيان مثل م.س-2 و WSe2 النثر النهائي للقناة )طبقة ذرية واحدة( ويتعهدان باستمرار توسيع نطاقها إلى ما يتجاوز حدود السيليكون، غير أن إيداع جهاز ديليكتري عال على سطح ٢ دال دون إلحاق الضرر بالطبقة الهشة أو إنشاء العديد من أفخاخ الوصل البينية يظل تحديا، ويظهر العمل الأخير باستخدام المزج المختلط للآلام والكثير من الجزيئات.
المرشحون البديلون من ذوي الكفاءات العالية
ويجري التحقيق في مواد مثل لالو أو 3 وشركة البتي أو 3 فيما يتعلق بمزايا الترخيص أو الممتلكات الجديدة التي تملكها، ومن المنطقي أن الهدف الرئيسي هو دفع نسبة كهرباء القلب إلى أقل من 0.5 نانو متر مع إبقاء التسرب في حدود مقبولة، وهذا لا يتطلب ارتفاعاً فحسب k]، بل يتطلب أيضاً فجوة كبيرة في النطاق الترددي (الميزانيتان الإلكترونية 5).
خاتمة
(أ) إن المقاييس العالية [الديولوجية] لا تتوقف على مجرد تحسين تدريجي؛ فهي مُمكن أساسي من التكنولوجيا الحديثة شبه الموصلية؛ وباستبدالها بمواد مثل ثاني أكسيد الهافنيوم وثاني أكسيد الزركونيوم، فإن الصناعة تواصل تقليص المترجمين أثناء التحكم في التسرب والحفاظ على الأداء.() وقد أصبح النجاح في دمج مقاييس الديك العالية مع بوابات المعادن حجر الزاوية لكل قناة فرعية متقدمة من طراز NDT