موضوع مقاله: دی‌الکتریک با کاپای زیاد | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # دی‌الکتریک با کاپای زیاد | مقدمه: اصطلاح دی‌الکتریک با کاپای زیاد یا دی‌الکتریک با κ زیاد به ماده‌ای با ثابت دی الکتریک بالا (κ، کاپا)، در مقایسه با سیلیسیم دی‌اکسید گفته می‌شود. | ## بخش 1: دی‌الکتریک با کاپای زیاد | دی‌الکتریک‌هایی با کاپای زیاد در فرایندهای تولید نیم‌رسانا مورد استفاده قرار می‌گیرند که معمولاً برای جایگزینی دی‌الکتریک گیت با سیلیسیم دی‌اکسید یا لایه دی‌الکتریک دیگر قطعات استفاده می‌شود. پیاده‌سازی دی‌الکتریک‌های گیت با کاپای زیاد یکی از چندین استراتژی توسعه یافته برای اجازه کوچک‌سازی بیشتر اجزای میکروالکترونیک است که به‌طور عامیانه به عنوان تمدید قانون مور شناخته می‌شود. گاهی اوقات، این مواد را به جای «کاپای-زیاد» (کاپا بالا) «کی-زیاد» (گفته شود کی زیاد) می‌نامند. نیاز به مواد با کاپای زیاد سیلیسیم دی‌اکسید (SiO2) برای دهه‌ها به عنوان ماده اکسید گیت مورد استفاده قرار گرفته‌است. با کاهش اندازه ترانزیستورهای اثر میدانی فلز-اکسید-نیم‌رسانا (ماسفت)، ضخامت دی الکتریک گیت دی‌اکسید سیلیکون به‌طور پیوسته کاهش می‌یابد تا خازن گیت (در واحد سطح) و در نتیجه جریان راه‌اندازی (در عرض قطعه) افزایش یابد تا عملکرد قطعه افزایش یابد. درصورتی که ضخامت به زیر ۲ نانومتر برسد، جریان نشتی ناشی از تونل‌زنی به شدت افزایش می‌یابد، که منجر به مصرف زیاد توان و کاهش قابلیت اطمینان قطعه می‌شود. | ## بخش 2: دی‌الکتریک با کاپای زیاد | جایگزینی دی‌اکسید سیلیکون دی‌الکتریک گیت با ماده‌ای با مقدار کاپای زیاد باعث افزایش خازن گیت بدون اثرات نشتی مرتبط می‌شود. بعلاوه، Vth به راحتی نمی‌تواند در زیر ۲۰۰ میلی ولت کاهش یابد، زیرا جریان نشتی ناشی از افزایش نشت اکسید (یعنی با فرض در دسترس نبودن دی الکتریک‌هایی با کاپای زیاد) و هدایت زیرآستانه، مصرف توان را در حالت آماده به کار به سطح غیرقابل قبولی می‌رساند. (به نقشه راه صنعت که آستانه ۲۰۰ میلی ولت را محدود می‌کند و روی و همکاران مراجعه کنید.) بنابراین، با توجه به این فهرست ساده عوامل، افزایش ID نیاز به کاهش طول کانال یا افزایش خازن دی‌الکتریک گیت دارد. مواد و ملاحظات موادی که بسیار مورد توجه قرار گرفته‌اند عبارتند از سیلیکات هافنیوم، زیرکونیوم سیلیکان، اکسید هافنیم و دی‌اکسید زیرکونیوم که معمولاً با استفاده از رسوب لایه اتمی انباشته می‌شود. پیش‌بینی می‌شود که حالت‌های نقص در دی‌الکتریک با کاپای زیاد می‌توانند بر خصوصیات الکتریکی آن تأثیر بگذارند. حالت‌های نقص را می‌توان به عنوان مثال با استفاده از جریان تحریک شده حرارتی با بایاس صفر، دما-صفر-گرادیان صفر با بایاس حرارتی تحریک‌شده با جریان طیف‌سنجی، یا طیف‌سنجی تونل‌زنی الکترونی ناکشسان (IETS) اندازه‌گیری کرد. | ## بخش 3: دی‌الکتریک با کاپای زیاد | استفاده در صنعت این صنعت از دهه ۱۹۹۰ از دی الکتریک گیت اکسی نیترید استفاده کرده‌است، که در آن دی‌الکتریک اکسید سیلیکون که به‌طور متداول تشکیل می‌شود با مقدار کمی نیتروژن تزریق می‌شود. محتوای نیترید به‌طور نامحسوس ثابت دی‌الکتریک را افزایش می‌دهد و گویا مزایای دیگری، مانند مقاومت در برابر نفوذ آلایش از طریق دی الکتریک گیت نیز دارد. در سال ۲۰۰۰، گوتیج سینگ سندو و ترانگ تی دون از مایکرون تکنالوجی شروع به ساخت لایه‌های نازک با کی زیاد توسط رسوب لایه اتمی برای قطعات حافظه DRAM کردند. این به پیاده‌سازی مقرون به صرفه حافظه نیم‌رسانا کمک می‌کند، شروع با گره ۹۰ نانومتری DRAM. | ## جمع‌بندی | در اوایل سال ۲۰۰۷، اینتل از بکارگیری دی‌الکتریک‌های با کاپای زیاد بر پایه هافنیم در همپیوندی با گیت فلزی برای اجزای ساخته شده بر روی فناوری‌های ۴۵ نانومتری خبر داد و آن را در سری پردازنده‌های ۲۰۰۷ با اسم‌رمز پنرین ارسال کرد.