Tlenek bramy - Gate oxide

Tlenku bramki jest dielektryczna warstwa oddzielająca bramy styków na MOSFET (metal-tlenek-półprzewodnik tranzystor polowy), z odpowiednich zacisków źródła i drenu oraz kanału przewodzącego, który łączy źródła i drenu, gdy tranzystor jest włączony . Tlenek bramki powstaje w wyniku termicznego utleniania krzemu kanału, tworząc cienką (5-200 nm) warstwę izolacyjną dwutlenku krzemu . Izolacyjna warstwa dwutlenku krzemu powstaje w procesie samoograniczającego się utleniania, które opisuje model Deal-Grove . Przewodzący materiał bramki jest następnie osadzany na tlenku bramki w celu utworzenia tranzystora. Tlenek bramki służy jako warstwa dielektryczna , dzięki czemu bramka może wytrzymać poprzeczne pole elektryczne o wartości od 1 do 5 MV/cm w celu silnego modulowania przewodnictwa kanału.

Nad tlenkiem bramy znajduje się cienka warstwa elektrody wykonane z przewodu , która może być aluminiowa , silnie domieszkowany krzem , A metal ogniotrwały taki jak wolfram , A krzemków ( tisi , MOSI 2 , Tasi lub WSi 2 ) lub wielowarstwowe z tych warstw. Ta elektroda bramkowa jest często nazywana „metalową bramką” lub „przewodnikiem bramkowym”. Geometryczna szerokość elektrody przewodzącej bramkę (kierunek poprzeczny do przepływu prądu) nazywana jest fizyczną szerokością bramki. Fizyczna szerokość bramki może nieznacznie różnić się od szerokości kanału elektrycznego używanego do modelowania tranzystora, ponieważ otaczające pola elektryczne mogą wywierać wpływ na przewodniki, które nie znajdują się bezpośrednio pod bramką.

Właściwości elektryczne tlenku bramki są krytyczne dla tworzenia obszaru kanału przewodzącego poniżej bramki. W urządzeniach typu NMOS strefa pod tlenkiem bramki jest cienką warstwą inwersyjną typu n na powierzchni podłoża półprzewodnikowego typu p . Jest indukowana przez tlenkowe pole elektryczne z przyłożonego napięcia bramki V G . Jest to znane jako kanał inwersji. Jest to kanał przewodzący, który umożliwia przepływ elektronów ze źródła do drenu.

Przeciążenie warstwy tlenkowej bramki, typowy tryb awaryjny urządzeń MOS , może prowadzić do pęknięcia bramki lub wywołanego naprężenia prądem upływowym .

Historia

Pierwszy tranzystor MOSFET ( tranzystor polowy z tlenku metalu i półprzewodnika lub tranzystor MOS) został wynaleziony przez egipskiego inżyniera Mohameda Atallę i koreańskiego inżyniera Dawona Kahnga w Bell Labs w 1959 roku. W 1960 roku Atalla i Kahng wyprodukowali pierwszy MOSFET z tlenkiem bramki grubość 100 nm , wraz z długością bramki 20  µm . W 1987 roku Bijan Davari kierował zespołem badawczym IBM , który zademonstrował pierwszy tranzystor MOSFET o grubości tlenku bramki 10 nm , przy użyciu technologii bramki wolframowej .

Bibliografia

  1. ^ Podstawy elektroniki półprzewodnikowej , Chih-Tang Sah. World Scientific, pierwsza publikacja 1991, przedruk 1992, 1993 (pbk), 1994, 1995, 2001, 2002, 2006, ISBN  981-02-0637-2 . -- ISBN  981-02-0638-0 (pbk).
  2. ^ "1960 - Zademonstrowano tranzystor z tlenku metalu (MOS)" . Silnik krzemowy . Muzeum Historii Komputerów . Źródło 25 wrzesień 2019 .
  3. ^ Sze Szymon M. (2002). Urządzenia półprzewodnikowe: Fizyka i technologia (PDF) (2nd ed.). Wiley . P. 4. Numer ISBN 0-471-33372-7.
  4. ^ Davari, Bidżan ; Ting, Chung-Yu; Ahn, Kie Y.; Basavaiah, S.; Hu, Chao-Kun; Taur, juan; Wordeman, Mateusz R.; Aboelfotoh, O. (1987). "Submikronowy tranzystor MOSFET z bramką wolframową z tlenkiem bramki 10 nm" . 1987 Sympozjum na temat technologii VLSI. Digest of Technical Papers : 61-62.