Transistor Miniaturization için devam eden Quest

On yıllardır yarı iletken endüstri Moore'un Yasasını takip etti, daha fazla hesaplama gücü daha küçük alanlara paketlemek için transistör boyutları azalttı.Bu sürekli ölçekleme, akıllı cihazlar, ve AI hızlandırıcıları modern yaşam tanımlayan birkaç atomlar, kuantum kapı uzunluğu olarak, artan güç dağılımı ve degradasyon cihazı performansına izin veren. Yüksek enerjili betonlar bu şekilde betonarmeler ortaya çıktı.

Neden Transistors'da Dielektrikler Madde

Capacitance ve kapı Stack

Bir metal-oksit-semiktör alanı-sonuçlu transistör (MOSFET), kapı yığını, kanal şarjını engelleme yeteneğinin, paralel bir plaka için paralel olarak, eğimli bir kanala göre doğrudan doğru orantılı olduğu (örneğin, yüksek çözünürlükte) bir kablolama işlemine yol açıyor.

Leakage Problemi

SiO2 kalınlığının altında kaldığı zaman -1.5 nanometers, doğrudan tünelleme akımları kabul edilemez derecede yüksek hale gelir. Elektronlar, transistörün aşırı sağlanacağı zaman bile aynı derecede yüksek oksit kalınlığı (EOT) sağlar. EOT, daha yüksek çözünürlükte bir malzeme bulmak için tasarlanmıştır.

Ortak Yüksek Çelik Dielektrikler ve Özellikleri

Anahtar Malzemeler

Modern CMOS mantığındaki en yaygın olarak kabul edilen yüksek malzeme hafızdırıtoksit (HfO2), yaklaşık 20-25'lik bir dielektrik sabiti ile SiO2 için 3.9'a kıyasla, diğer belirgin adaylar zirkonyum dioksit (ZrO2, aeltFLT:0)[D)[DFLT:0)

Neden sadece bir kad Low-k Material kullanmıyorsunuz?

Düşük bir dielektrik sızıntıyı azaltmak için kalın hale getirilirse, kapasitance düşer ve transistör hızlı geçiş yeteneğini kaybeder. Yüksek hacimli malzemeler bu ikilemi FinFETs ve kapı tümünde (GAA) nano-parçacıklar gibi karmaşık bir şekilde çözülür.

Bütünleme Meydanları: Metal Gates ve Interfaces

Phonon ve Şarj Sorun

SiO2'yi yüksek bir dielektrikle geri yükleme, önyargılı sıcaklık istikrarsızlığı (BTI) ve zaman bağımlı dielektrik arızası (TDDB) gibi basit bir yüzeysel tabakalar ile arayüze eklenerek, bu tuzaklar şarj edilebilir.

İş Fonksiyonlar Mühendisliği ve Metal Gates

Poly ⁇ kapıları, mümkün olan en yüksek çalışma fonksiyonları ile metal kapılara geçiş yaparak, yüksek hacimli ve p-tip MOSFET'ler için farklı metaller (örneğin, TiAl for nFET, MoN veya TiN for pFET) bunu doğru eşleme gerilimleri ile çözdü. yüksek hacimli / metal kapı (HK) için 2007 yılında Intel tarafından tanıtıldı.

Üretim Teknikleri

Atom Katmanı Deposition (ALD)

ALD yüksek-k dielektrikler için tercih edilen yöntemdir, çünkü 300 mm wafer ve derin bir şekilde yeniden yapılan yüzeylere dayanır. HfO2 için tipik bir döngü, tetrakis (ditilamido)hafnium ve su buharı.Bu, 300 mm wafer ve içerideki derinden yeniden değerle bir film verir.

PostDeposition Annealing

ALD'den sonra yüksek sıcaklık ekileme aşaması (genellikle N2 veya gaz oluşturmak gibi bir ortamda) filmi ölçmek, kusurları azaltmak ve kristalliği geliştirmek için kullanılır. HfO2 kristal aşaması, izin verme oranını güçlü etkiler: Monoklinik fazı (kompresyon sonrası) aşamayı teşvik eder:0)[Dönemli ısıtabilir[Dönemli)[Dönemli) ⁇ 17, tetragonal veya küklütlü fazı artırır.

Güvenilirlik ve Degradasyon Mechanisms

Bias Sıcaklık Instability (BTI)

Uzun kapı gerilimi stresi altında, yüksek tabakadaki şarj tuzakları, eşküre geriliminde kademeli bir değişime neden oluyor. Bu özellikle negatif önyargı (NBTI) altında pMOS cihazları için ciddi bir şekilde etkileniyor. HfO2'deki yüksek fiyatlar SiO2'de, BTI'ye göre kritik bir endişe yaratıyor. Araştırmacılar, oksijeni şişirme tekniklerini araştırıyor ve tuzak yoğunluğunu azaltmak için bir araya getiriyor.

ZamanDependent Dielektrik Breakdown (TDDB)

Ayrıca oksit bozulması olarak da bilinir, TDDB bir transistörün ömrünü sınırlar. Yüksek hacimli yığınlarda, iki tabakanın kalınlığını optimize etmek gibi - hem yüksek hem de iç katmanların oluşumuyla devam eder. Weibull dağıtım gibi istatistik modelleri başarısızlık oranları tahmin etmek için kullanılır ve süreç iyileştirmeleri - çift tabakanın kalınlığını optimize etmek gibi - genişletilmiş güvenilirlik marjları.

Future: Konvansiyonel Yüksek Lisansın Ötesinde

Ferroelektrik HfO2 ve Olumsuz Capacitance

2010'larda beklenmedik bir keşif, HfO2'nin belirli kristal aşamalarının (orthorbik) ferroelektrikliliği sergileyen ve bu, aktif olarak kontrol edilen faroelektrikli geçişlerin kapısına açıyor.

Yüksek malzeme 2D üzerinde yüksek

MoS2 ve WSe2 gibi iki boyutlu yarı iletkenler, son derece incelik (bir atom tabakası) sunar ve silikonun sınırlarının ötesine geçer. Ancak, yüksek kapılı ikiD kanaldan yüksek bir yüzeyde daha kırılgan bir tabakaya ya da çok fazla arayüz tuzak yaratmadan yüksek bir çalışma sağlayabilir.

Alternatif Yüksek Lisans Adayları

LaLuO3, AlScN gibi malzemeler ve BaTiO3, ultra yüksek izinli veya yeni özellikleri için soruşturma altında. mantık için birincil hedef, kabul edilebilir sınırlar içinde sızıntı yaparken EOT'u zorlamak.Bu sadece yüksek çözünürlüklü değil:0)k) aynı zamanda yeterince büyük bir grup boşluğu (>5 eV) ve CMOS termal bütçeleri ile uyumluluk gerektirir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Yüksek çelikler sadece artımlı bir gelişme değildir; metal kapılarla ilgili temel bir olasılıktır.Sessiz elektrotlar ve zirkonyum dioksit gibi malzemelerle birlikte, endüstri sızıntıları kontrol ederken ve 2D kanalları iyileştirmeye devam eder, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bulunan yüzeylere sahiptir.