Зависимости электрических параметров нано-МОП транзисторов со структурой КНИ от конструктивных и технологических факторов Краснов, Александр Александрович

Введение к работе

Актуальность темы. В современной полупроводниковой электронике одну из самых передовых и технологичных ниш занимают нано-МОП транзисторы с длиной канала меньше 300 А и структурой кремний-на-изоляторе (КНИ). Они используются в высокопроизводительных процессорах ведущих мировых производителей Intel и AMD. Этот тип транзисторов вытеснил биполярные и другие типы полевых транзисторов из процессорной электроники, несмотря на некоторый проигрыш в производительности относительно некоторых других типов полевых транзисторов, благодаря своей экономичности, высокой степени интеграции и дешевизне, а также из-за малых величин влияния на характеристики транзистора короткоканальных эффектов.

Стоит отметить, что в настоящее время в Российской Федерации освоена технология производства с технологической нормой 180 им, закуплено и ожидает запуска оборудование с технологическими нормами 90 нм, в то время как на фабриках AMD в конце 2011 года было налажено серийное производство процессоров по технологической норме 28 нм (280 А). Основным сдерживающим фактором в развитии отечественного производства нано-МОП транзисторов со структурой КНИ и длиной канала меньше 300 А является отсутствие теоретических основ проектирования транзисторов данного класса и, как следствие этого, отсутствие какой-либо производственной базы. Нано-МОП транзисторы со структурой КНИ и длиной канала меньше 300 А — крайне сложное конструктивно-технологическое решение, и до настоящего времени в литературе отсутствуют сведения по аналитическим методам расчета параметров таких транзисторов. Несмотря на высокое развитие современных высокопроизводительных ЭВМ и программных комплексов для численного моделирования полупроводниковых приборов, невозможен быстрый инженерный расчет необходимых параметров транзисторов. Разработка простых инженерных аналитических методов расчета позволит рассчитывать электрические и технологические параметры транзисторов данного класса.

Данная работа проводилась в соответствии с планом ГБ НИР кафедры физики полупроводников и микроэлектроники ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет».

Цель работы - получение аналитических зависимостей основных электрических параметров нано-МОП транзисторов со структурой КНИ от конструктивно-технологических факторов. Для достижения поставленной цели в диссертации решались следующие задачи:

1. Разработать аналитический метод расчета выходной вольт-амперной характеристики и крутизны нано-МОП транзистора со структурой КНИ и длиной канала 500-1000 А.

2. Разработать приближенный аналитический метод расчета тока стока и крутизны нано-МОП транзисторов со структурой КНИ с длиной канала 200-400 А. -/~\

3. Разработать аналитический метод расчета порогового напряжения V_llop для нано-МОП транзисторов со структурой КНИ и длиной канала 500-1000 А.

4. Исследовать влияние концентрации основных носителей в п- или р-слоях и их толщины на пороговое напряжение нано-МОП транзисторов со структурой КНИ.

5. Разработать аналитический метод расчета входной С,,,, выходной С_ВЬ|Х и проходной С_1С емкостей в нано-МОП транзисторах со структурой КНИ.

6. Исследовать зависимости емкостей С₃„, С_вь|х и С,_с от концентрации подвижных носителей в нано-МОП транзисторов со структурой КНИ с учетом неоднородного распределения носителей заряда по длине канала.

Научная новизна исследований:

1. Разработан аналитический метод расчета переходных вольт-амперных характеристик и крутизны нано-МОП транзистора со структурой КНИ и длиной канала 500-1000 А в приближении насыщения дрейфовой скорости электронов v_se или дырок v_sb в канале.

2. Разработан приближенный аналитический метод расчета тока стока и крутизны нано-МОП транзисторов со структурой КНИ и длиной канала 200-400 А с учетом изменения дрейфовой скорости электронов по длине канала в 2 раза.

3. Разработан аналитический метод расчета порогового напряжения V_nop для нано-МОП транзисторов со структурой КНИ и длиной канала 500-1000 А.

4. Обнаружено, что крутизна наклона входных вольт-амперных характеристик S зависит от концентрации донорных атомов в n-слое нано-МОП транзисторов со структурой КНИ.

5. Обнаружено, что уменьшение толщины пленки p-Si в р⁺-р-р⁺ нано-МОП транзисторов ограничено величиной работы выхода из металла затвора.

6. Разработан аналитический метод расчета входной С₃„, выходной С_вых и проходной С_зс емкостей в нано-МОП транзисторах со структурой КНИ.

7. Впервые при расчете зависимостей емкостей С,,,, С_вых и С_зс от концентрации подвижных носителей в нано-МОП транзисторов со структурой КНИ учитывалось неоднородное распределение носителей заряда по длине канала.

Практическая значимость работы. Основные результаты исследования, а именно: аналитический метод расчета вольт-амперной характеристики и крутизны нано-МОП транзистора со структурой КНИ и длиной канала 500-1000 А, приближенный аналитический метод расчета тока стока и крутизны нано-МОП транзисторов со структурой КНИ с длиной канала 200-400 А, аналитический метод расчета порогового напряжения V„_op для нано-МОП транзисторов со структурой КНИ и длиной канала 500-1000 А, аналитический метод расчета входной С,,,, выходной С_вых и проходной С,_с емкостей в нано-МОП транзисторах со структурой КНИ могут быть полезны для разработчиков нано-МОП транзисторов.

Основные положения, выносимые на защиту:

8. Аналитический метод расчета вольт-амперной характеристики и крутизны нано-МОП транзистора со структурой КНИ и длиной канала 500-1000 А в приближении насыщения дрейфовой скорости электронов v_se или дырок v_sb в канале.

9. Приближенный аналитический метод расчета тока стока и крутизны нано-МОП транзисторов со структурой КНИ с длиной канала 200-400 А с учетом изменения дрейфовой скорости электронов по длине канала в 2 раза.

10. Аналитический метод расчета порогового напряжения V_llop для нано-МОП транзисторов со структурой КНИ и длиной канала 500-1000 А.

11. Крутизна наклона S кривой зависимости входной вольт-амперной характеристики зависит от концентрации донорных атомов в n-слое нано-МОП транзисторов со структурой КНИ.

12. Уменьшение толщины пленки p-Si в р⁺-р-р⁺ нано-МОП транзисторов ограничено величиной работы выхода из металла затвора.

13. Аналитический метод расчета входной С₃„, выходной С_вь„ и проходной С_зс емкостей в нано-МОП транзисторах со структурой КНИ.

14. Расчет зависимостей емкостей С₃„, С_вых и С_ж от концентрации подвижных носителей в нано-МОП транзисторов со структурой КНИ с учетом неоднородного распределения носителей заряда по длине канала.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях: международная научно-техническая конференция «Радиолокация, навигация, связь» (Воронеж, 2009, 2010, 2011, 2012), международный научно-методический семинар «Флуктуационные и деградационные процессы в полупроводниковых приборах» (Москва, 2009, 2010).

Публикации. По результатам исследований, представленных в диссертации, опубликовано 11 печатных работ, в том числе 2 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, содержащего 44 наименования. Объем диссертации составляет 102 страницы, включая 40 рисунков и 8 таблиц.

Похожие диссертации на Зависимости электрических параметров нано-МОП транзисторов со структурой КНИ от конструктивных и технологических факторов

Моделирование малосигнальных параметров мощных ВЧ и СВЧ МОП транзисторов с вертикальной и горизонтальной структурой Меньшиков Павел Александрович

Исследование и разработка конструктивно-технологических методов улучшения параметров силовых планарных МОП транзисторов Швец Александр Валерьевич

Влияние конструктивно-технологических факторов на электрические параметры мощных СВЧ LDMOS транзисторовТкачев, Александр Юрьевич

Влияние конструктивно-технологических факторов на электрические параметры мощных ВЧ и СВЧ МОП транзисторовБородкин, Игорь Иванович

Влияние конструктивных и технологических факторов на предельные параметры и режимы работы мощных ВЧ и СВЧ ДМОП транзисторовГригорьев Роман Григорьевич

Численное моделирование структур мощных высоковольтных биполярных и ДМОП транзисторовКуршева, Елена Николаевна

Неразрушающий электрический контроль структур SiO2 Si в производстве МОП-транзисторов и МОП БИСБутусов, Игорь Юрьевич

Влияние технологических факторов на структуру и механические свойства компонентов эндопротезов из титанового сплава ВТ20Поляков Олег Алексеевич

Формирование механизмов управления мезоинновационной структурой как фактор территориального развитияЗимовец Александр Владимирович

Влияние технологических факторов и структуры модификаторов на гидрофобные свойства волокнистых материалов и изделий легкой промышленностиЕвсюкова Наталия Викторовна