![]() КАТЕГОРИИ:
АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
Физические и конструктивно-технологические ограничения при проектировании маломощных МОПТВ табл. 4.2приведены факторы, ограничивающие масштабирование ряда параметров МОП транзисторов
Квантовый теоретический предел на нижнюю границу мощности информационного сигнала проистекает из фундаментального принципа неопределенности Гейзенберга. Применительно к микроэлектронике его можно переформулировать следующим образом: для того, чтобы иметь возможность измерить энергию (мощность) переключения с временем продолжительностью
где h – постоянная Планка. Фундаментальный предел на основе электромагнитной теории в нашем случае приводит к ограничению скорости распространения высокочастотного импульса по межсоединению до его величины, меньшей чем скорость света в свободном пространстве (С0):
где L – длина критического межсоединения БИС; τ – время передачи сигнала по этому межсоединению. Если говорить о материалах и их предельных свойствах, то можно отметить основные характеристики полупроводникового материала, которые определяют свойства созданного прибора, это: подвижность носителей (µ), скорость насыщения носителей (Vs), напряженность электрического поля самоионизации (Ес) и теплопроводность ( Еще одной причиной, мешающей дальнейшему уменьшению размеров транзисторов, является квантово-механическая природа инверсионного слоя, которая не позволяет электронам располагаться непосредственно у поверхности кремния. Максимум пространственного распределения электронов находится на расстоянии 1 нм от поверхности. Это увеличивает эффективную толщину окисла примерно на 0,3 нм. Кроме того, вследствие ограниченной концентрации примеси в поликремниевом затворе в нем наступает режим обеднения, из-за которого увеличивается эффективная толщина подзатворного слоя диэлектрика. Общее увеличение эффективной толщины составляет около 0,7 нм, что уменьшает ток стока и нагрузочную способность транзистора. Теоретический расчет предельного значения энергии переключения P и времени переключения t с учетом предельных параметров полупроводниковых материалов, которые не зависят от структуры и геометрии приборов, в конкретном практическом приложении дал величину отношения P/t для кремния 0,21 Вт/нс, а для аресенида галлия – 0,69 Вт/нс. Это показывает, что в то время, как GaAs имеет преимущество по быстродействию по сравнению с кремнием, он должен отводить тепла в три раза больше при том же времени переключения. И. наконец, фундаментальное ограничение (по материалу межсоединений) проистекает из соображений конечной скорости света (с0). Время распространения сигнала через межсоединение длиной L материала с относительной диэлектрической постоянной
На уровне приборно-технологического представления межсоединения БИС могут моделироваться как каноническая распределенная сеть «сопротивление – емкость». Когда такая сеть управляется идеальным источником напряжения, который формирует функцию одиночной ступеньки, то 90 % времени переключения сети характеризуется выражением
где Rs – поверхностное сопротивление проводника, в Омах на квадрат; Cs – поверхностная емкость, в фарадах на см2; L – длина межсоединения. Это выражение характеризует ограничение минимального времени отклика межсоединения при заданной длине. Немаловажной проблемой являются межсоединения. При технологии 0,25 мкм только 20% задержек в БИС определяются затворами МОПТ, а 80% - межсоединениями (табл. 1.3). Для технологии 0,18 мкм задержка даже в медных линиях связи сравнялась с задержкой в вентилях.
Таблица 4.3– Задержки в транзисторе и линиях межсоединений интегральных микросхем
В последние годы масштабирование, или увеличение плотности размещения элементов микросхем, решили определять по шагу затвора МОПТ. К 2024 году, согласно ITRS, он должен составить 15 нм (табл. 1.4.)
Таблица 4.4–Изменение характеристик МОПТ в соответствии с ITRS
Контрольные вопросы 1. Почему этот тип транзисторов называют «полевым» или «униполярным»? 2. По каким признакам классифицируют полевые транзисторы? 3. Как моделируется сопротивление каналов в канальных и МОП транзисторах? 4. В чем заключается идеализация МОПТ? 5. Какие зарядовые состояния на границе Si-SiO2 вы знаете? 6. Что влияет на величину порогового напряжения МОПТ? Как млжно ее регулировать? 7. Что влияет на частотные свойства МОПТ? 8. Почему МОПТ с самосовмещенным затвором более высокочастотные? 9. Какие критерии, разграничивают МОПТна длинно- и короткоканальные? 10. Что такое «DIBL эффект»? 11. За счет какой составляющей величины порогового напряжения его значение уменьшается в короткоканальных МОПТ? 12. Почему подвижность носителей в канале является одним из основных параметров МОПТ? 13. Какие существуют методы увеличения подвижности в МОПТ? 14. Для чего производят подлегирование канала МОПТ? 15. В чем заключается «эффект паразитного биполярного транзистора» в короткоканальных МОПТ? 16. Какую роль выполняют вcтроенные LDD области в структуре современных МОПТ? 17. Kакие перспективные структуры МОПТвы знаете?
|