Зашто користити високок материјале као материјале диелектричног слоја капије?

Зашто користити високок материјале као материјале диелектричног слоја капије?

Како се развио диелектрични слој капије? Зашто напредни процес користи хигх-к материјале као диелектрични слој капије?

Шта се користи за диелектрични слој капије напредних чворова?

Технолошки чвор	Структурне карактеристике	Висок-к Средњи
		нМОС	пМОС
45 нм	Планар	ХфО₂/ЗрО	ХфО₂/ЗрО
32 нм	Планар	ХфО₂	ХфО₂
22 нм	ФинФЕТ/Три-капија	ХфО₂	ХфО₂
14 нм	ФинФЕТ/Три-капија	ХфО₂	ХфО₂

Као што је приказано у табели изнад, на 45нм чвору и испод, користи се ХКМГ (Хигх-к Метал Гате) процес, а материјал високог к се користи као диелектрични слој капије; Чворови изнад 45нм углавном користе силицијум оксид као диелектрични слој капије.

Шта је диелектрични слој капије?

Као што је приказано на слици изнад, сива област на врху дијаграма представља капију, а напон се примењује на капију да контролише формирање струјног канала између извора и одвода. Светло жути слој испод капије представља диелектрични слој капије, који изолује капију и монокристалну подлогу од проводљивости једносмерне струје.

Шта је струја цурења капије?

Како се процесни чвор смањује, величина чипа се смањује, а слој оксида капије наставља да се стањи, а када је диелектрични слој капије веома танак (мањи од 2нм) или на високим напонима, електрони пролазе кроз диелектрични слој кроз ефекат тунелирања, што резултира струјом цурења између капије и подлоге.

Проблеми узроковани струјама цурења?

Повећава се потрошња енергије чипа, повећава се производња топлоте, а брзина пребацивања се смањује. На пример, у логичким колима, струје цурења могу изазвати одступање нивоа у логичким колима на нивоу капије.

Зашто користити висококвалитетне материјале?

Диелектрични материјали високог к имају већу диелектричну константу (к-вредност) од конвенционалног СиО₂. Врсте хигх-к медија су:

Хигх-к материјал	Диелектрична константа
Хафнијум ХфО2 оксид	25
Титанијум оксид ТиО2	30-80
Цирконијум ЗрО2	25
Тантал пентоксид Та2О5	25-50
Баријум стронцијум титанат БСТ	100-800
Стронцијум титанат СТО	230+
Олово титанат ПЗТ	400-1500

Формула капацитивности: Ц=ϵ⋅А\д

ε\д је диелектрична константа, АА је површина кондензатора, а дд је дебљина диелектричног слоја.

Као што је приказано у формули, што је веће ε на одређеном Ц, мањи је однос А/д. Чак и са високок диелектриком, могуће је повећати дебљину диелектричног слоја уз одржавање капацитивности. Физичка дебљина материјала високог к је више од 3 ~ 6 пута већа од силицијум оксида, јер је струја електронског тунелирања експоненцијално повезана са дебљином изолационог слоја, што ће значајно смањити ефекат квантног тунелирања диелектричног слоја капије, чиме се ефективно побољшава струја цурења гејта.