Диэлектрик затвора

Диэлектрик затвора — это диэлектрик, используемый между затвором и подложкой полевого транзистора (например, MOSFET ). В современных процессах диэлектрик затвора подчиняется многим ограничениям, включая:

Схема транзистора с затвором из диоксида кремния, созданного Фрошем и Дерриком в 1957 году ^[1]

• Электрически чистый интерфейс с подложкой (низкая плотность квантовых состояний для электронов)
• Высокая емкость , для увеличения крутизны полевого транзистора
• Большая толщина, чтобы избежать пробоя диэлектрика и утечки за счет квантового туннелирования .

Ограничения по емкости и толщине почти прямо противоположны друг другу. Для полевых транзисторов с кремниевой подложкой диэлектриком затвора почти всегда является диоксид кремния (называемый « оксидом затвора »), поскольку термический оксид имеет очень чистый интерфейс. Однако полупроводниковая промышленность заинтересована в поиске альтернативных материалов с более высокими диэлектрическими постоянными, которые позволили бы получить более высокую емкость при той же толщине.

История

В 1955 году Карл Фрош и Линкольн Деррик случайно вырастили слой диоксида кремния поверх кремниевой пластины, для которого они наблюдали эффекты пассивации поверхности. ^{[2] [3]} К 1957 году Фрош и Деррик, используя маскирование и предварительное осаждение, смогли изготовить транзисторы из диоксида кремния и показали, что диоксид кремния изолирует, защищает кремниевые пластины и предотвращает диффузию легирующих примесей в пластину. ^{[2] [4]} Диоксид кремния остается стандартным диэлектриком затвора в технологии MOSFET. ^[5]

Смотрите также

• QBD (электроника)
• Оксид затвора

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. Хафф, Ховард; Риордан, Майкл (2007-09-01). "Фрош и Дерик: Пятьдесят лет спустя (Предисловие)". Интерфейс Электрохимического общества . 16 (3): 29. doi :10.1149/2.F02073IF. ISSN  1064-8208.
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. Kooi†, E.; Schmitz, A. (2005). "Краткие заметки об истории диэлектриков затвора в МОП-устройствах". High Dielectric Constant Materials: VLSI MOSFET Applications . Springer Series in Advanced Microelectronics. 16. Springer Berlin Heidelberg: 33–44. doi :10.1007/3-540-26462-0_2. ISBN 978-3-540-21081-8.