Kremniyli maydoniy nanotuzilmalar

|
Kremniyli maydoniy nanotuzilmalar
|
bet | 18/28 | Sana | 28.06.2024 | Hajmi | 1,83 Mb. | | #266166 |
Bog'liq 3L0BY8wFsz3ScRmN61veYMgES1v83EaDjes7FCGsKremniyli maydoniy nanotuzilmalar. IMSlarning, shu jumladan mikroprosessorlar va xotira mikrosxemalarining asosiy aktiv elementi bo’lib kremniyli MDYa – tranzistorlar xizmat qiladi. MDYa – tranzistorlar “dielektrik sirtiga kremniy olish” (DSKO) texnologiyasi bo’yicha tayyorlanadilar. Bunda tuzilmaning mexanik mustahkamligini ta’minlovchi, yetarlicha qalin kremniyli asos sirtiga kislorod ionlari implantasiya qilinadi, natijada sirtdan ma’lum chuqurlikkacha kirib borgan ionlar chuqurlashgan dielektrik qatlamni hosil qiladi. Shundan keyin molekulyar – nurli epitaksiya (MNE) yordamida asosning dielektrikli tomoni sirtiga berilgan o’tkazuvchanlik turiga ega yarimo’tkazgichning kristal tuzilishli mukammal monokristal qatlami o’stiriladi. MNE qalinligi bir necha kristal panjara davri qalinligiga ega qatlam olish imkonini beradi (bir davr 2Å ga yaqin). Monokristal qatlam qalinligi N – tranzistor kanali qalinligi bilan aniqlanadi. Keyin yuqori ajratuvchanlikka ega litografiya yordamida nanotranzistor kanali hosil qilinadi. Kanal SiO2 sirtida joylashgan qalin brusok shakliga ega bo’ladi. Dielektrik qatlam yupqalashtirilgani sababli u orqali oquvchi sizilish toki (tunnel tok) tranzistorlarni mikrominiatyurlashda katta to’siq bo’lib turibdi. Amaliy natijalar bilan tasdiqlangan nazariy baholashlarning ko’rsatishiga qaraganda, kremiyli MDYa – tranzistor kanali uzunligi 6 nm gacha, SiO2 qatlam qalinligi 1,2 nm gacha kamaytirilganda “ochiq–berk” holatlar toklari nisbatini 108 tartibda saqlangan holda xarakteristikaning yuqori tikligiga ega bo’ladi. SiO2 qatlam qalinligi yana ham yupqalashtirilganda sizilish toki ortib ketishi hisobiga tranzistorni boshqarish imkoniyati yo’qoladi.
Noqulay holatdan qutilish uchun dielektrik singdiruvchanligi yuqoriroq (high–k) boshqa dielektrikdan foydalanish zarur bo’ladi. Bunday material sifatida Al2O3, ZrO2, HfO2 va boshqalar xizmat qildi. Natijada sizilish tokini o’n martadan ortiqroq kamaytirishga erishildi. Yangi dielektrik nanotranzistorlarda 2007 yildan qo’llanila boshladi. Ushbu yutuqni G. Mur “60 – yillardan buyon tranzistorlar texnologiyasida eng muhim o’zgarish” deb atadi.
Lekin yangi dielektrik polikremniyli zatvor bilan “chiqishmadi”. Bu yuqori tezkorlikka erishishga qarshilik qildi. Shuning uchun zatvor materialini ham o’zgartirishga to’g’ri keldi. Bu material tarkibi hozirgacha Intel korporasiyasi tomonidan sir saqlanib kelinmoqda. Zatvor uzunligi 20 nm ni tashkil etuvchi yangi tranzistor ochilishi va berkilishi uchun 30 % kam energiya talab etiladi, mikroprosessorlar esa 109 ta atrofidagi tranzistorlarga ega va 20 Gs chastotada 1 Vdan kichik kuchlanishlarda ishlaydi. DSKO texnologiya AMD va Intel kompaniyalari tomonidan yoppasiga ishlab chiqarilayotgan zamonaviy Pentium va Athlon seriyali mikroprosessorlarda qo’llanilmoqda.
Zamonaviy kremniyli MDYa – nanotranzistorlar konstruksiyasi standart MDYa – mikrotranzistorlardan zatvor turi bilan ham farq qiladi. Zatvorlarning asosiy turlari: a) bir zatvorli planar; b) ikki zatvorli “baliq suzgichli” (adabiyotlarda FitFET deb nomlanadi); c) uch zatvorli.
DSKO texnologiya asosida yaratilgan kremniyli uch zatvorli nanotranzistor konstruksiyasi 1.25 – rasmda ko’rsatilgan. Kanal uch tomondan zatvorosti dielektrik qatlam bilan o’ralgan. Uning nomi shundan kelib chiqadi.
Shunday qilib, kremniyli MDYa – tranzistorlar tezkorligi zatvor materiali va zatvorosti dielektrik turi o’zgartirilgandan keyin kanal uzunligini kamaytirish hisobiga oshiriladi.
1.25 – rasm. Uch zatvorli kremniyli nanotranzistor.
1 – kremniyli asos; 2 – chuqurlashgan SiO2 qatlam;
3 – kanal; 4 – zatvorosti dielektrik (high–k); 5 – metal zatvor
MDYa – tranzistorlarning tezkorligi uning xarakteristika tikligi S bilan aniqlanishi ma’lum. U chegaraviy chastota fChEG bilan quyidagi ifoda orqali bog’langan
. (1.11)
Bu yerda CZI – istokka nisbatan metal zatvor sig’imi. Xarakteristika tikligi
, (1.12)
bu yerda – elektronlarning kanaldagi harakatchanligi ;
C0 – dielektrikning solishtirma sig’imi;
UZI – zatvor va istok orasidagi kuchlanish;
UBO’S – bo’sag’aviy kuchlanish;
L, B – mos ravishda kanal uzunligi va kengligi.
(1.12) formulaga muvofiq xarakteristika tikligi va mos ravishda tranzistor tezkorligini oshirishning ikkinchi yo’li kanalda zaryad tashuvchilar harakatchanligini oshirish bilan bog’liq.
Asbobning n – kanalida elektr toki elektronlarning bo’ylama elektr maydondagi dreyf harakati hisobiga hosil bo’ladi. Elektronlar harakatlanganda yarimo’tkazgichning tebranma harakat qilayotgan atomlari (fononlari), kiritmalar ionlari va kristal panjara nuqsonlari bilan to’qnashadilar, ya’ni sochiladilar. Dreyf harakatning o’rtacha tezligi tezlanishni to’qnashuvlar orasidagi o’rtacha vaqt ga ko’paytirilganiga teng:
. (1.13)
Elektronlar (kovaklar) harakatchanligi fonolardagi
(1.14)
va kiritmalar ionlaridagi
, (1.15)
sochilish bilan chegaralanadi. Bu yerda m* – erkin zaryad tashuvchining kristaldagi effektiv massasi, Ni – ionlashgan kiritmalar konsentrasiyasi. Natijaviy harakatchanlik .
(1.14) va (1.15) formulalardan maydoniy tranzistor tezkorligi kanalni kichik effektiv massali zaryad tashuvchilarga ega bo’lgan materialdan hosil qilib yoki legirlovchi kiritmalar konsentrasiyasini kamaytirib (kiritmalar ionlarida sochilishni butunlay yo’qotib) oshirish mumkin. Buni geteroo’tishli nanotuzilmalarda amalga oshirish qulay.
|
| |