stringtranslate.com

Оксид затвора

Оксид затвора на NPNP-транзисторе, изготовленный Фрошем и Дерриком, 1957 г. [1]

Оксид затвора — это диэлектрический слой, который отделяет вывод затвора МОП-транзистора (полевой транзистор металл-оксид-полупроводник) от нижележащих выводов истока и стока, а также от проводящего канала, который соединяет источник и сток, когда транзистор включен. Оксид затвора образуется путем термического окисления кремния канала с образованием тонкого (5–200 нм) изолирующего слоя диоксида кремния . Изолирующий слой диоксида кремния образуется в процессе самоограничивающегося окисления, который описывается моделью Дила–Гроува . Проводящий материал затвора затем наносится на оксид затвора для формирования транзистора. Оксид затвора служит диэлектрическим слоем, так что затвор может выдерживать поперечное электрическое поле напряженностью до 1–5 МВ/см для сильной модуляции проводимости канала .

Над оксидом затвора находится тонкий слой электрода, выполненный из проводника , который может быть алюминием , высоколегированным кремнием , тугоплавким металлом, таким как вольфрам , силицидом (TiSi, MoSi 2 , TaSi или WSi 2 ) или сэндвичем из этих слоев. Этот электрод затвора часто называют «металлом затвора» или «проводником затвора». Геометрическая ширина электрода проводника затвора (направление, поперечное потоку тока) называется физической шириной затвора. Физическая ширина затвора может немного отличаться от ширины электрического канала, используемого для моделирования транзистора, поскольку краевые электрические поля могут оказывать влияние на проводники, которые не находятся непосредственно под затвором.

Электрические свойства оксида затвора имеют решающее значение для формирования области проводящего канала под затвором. В приборах типа NMOS зона под оксидом затвора представляет собой тонкий инверсионный слой n-типа на поверхности полупроводниковой подложки p-типа . Он индуцируется электрическим полем оксида от приложенного напряжения затвора V G . Это известно как инверсионный канал. Это канал проводимости, который позволяет электронам течь от истока к стоку. [2]

Перенапряжение оксидного слоя затвора, распространенный вид отказа МОП-приборов , может привести к разрыву затвора или возникновению тока утечки, вызванного напряжением .

В процессе изготовления методом реактивно-ионного травления оксид затвора может быть поврежден антенным эффектом .

История

В 1955 году Карл Фрош и Линкольн Деррик случайно вырастили оксидный слой на кремнии в Bell Labs и запатентовали свой метод. [3] К 1957 году Фрош и Деррик знали о пассивации поверхности диоксидом кремния и создали первый оксид затвора для транзисторов. [4] В 1987 году Биджан Давари возглавил исследовательскую группу в исследовательском центре IBM Thomas J. Watson , которая продемонстрировала первый МОП-транзистор с толщиной оксида затвора 10 нм , используя технологию вольфрамового затвора. [5]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Frosch, CJ; Derick, L (1957). «Защита поверхности и селективная маскировка во время диффузии в кремнии». Журнал электрохимического общества . 104 (9): 547. doi :10.1149/1.2428650.
  2. ^ Основы твердотельной электроники , Чи-Тан Са. World Scientific, впервые опубликовано в 1991 г., переиздано в 1992, 1993 (pbk), 1994, 1995, 2001, 2002, 2006 гг., ISBN 981-02-0637-2 . -- ISBN 981-02-0638-0 (pbk).  
  3. ^ US2802760A, Линкольн, Дерик и Фрош, Карл Дж., «Окисление полупроводниковых поверхностей для контролируемой диффузии», выпущено 1957-08-13 
  4. ^ Frosch, CJ; Derick, L (1957). «Защита поверхности и селективная маскировка во время диффузии в кремнии». Журнал электрохимического общества . 104 (9): 547. doi :10.1149/1.2428650.
  5. ^ Davari, Bijan ; Ting, Chung-Yu; Ahn, Kie Y.; Basavaiah, S.; Hu, Chao-Kun; Taur, Yuan; Wordeman, Matthew R.; Aboelfotoh, O. (1987). «Субмикронный вольфрамовый затвор MOSFET с 10 нм затвором оксида». Симпозиум 1987 года по технологии СБИС. Сборник технических статей : 61–62.