Диэлектрическая проницаемость
Использовался такой же алгоритм для исследования зависимости, как и в предыдущем случае.
Диапазоны ε:
Традиционные материалы: Si₃N₄ (~7), Al₂O₃ (~9)
Современные high-k: HfO₂ (~20–25), ZrO₂ (~22–25), La₂O₃ (~30)
Экстремальные high-k (исследовательские): TiO₂ (~100), SrTiO₃ (>200), BST (>300)
High-k материалы — это материалы с высокой диэлектрической проницаемостью (k).
№ |
Материал |
Применение / особенности |
ε |
|
|
(Ф) |
|
1 |
HfO₂ (оксид гафния) |
Один из самых распространённых high-k диэлектриков в современных CMOS (45 нм и меньше) |
~20–25 |
min |
20 |
7,08E-15 |
5,77959E-06 |
|
|
|
|
max |
25 |
8,85E-15 |
7,22449E-06 |
2 |
ZrO₂ (оксид циркония) |
Хорошая термостабильность, используется в МОП и DRAM |
~22–25 |
min |
22 |
7,788E-15 |
6,35755E-06 |
|
|
|
|
max |
25 |
8,85E-15 |
7,22449E-06 |
3 |
Ta₂O₅ (пентаоксид тантала) |
Применяется в MOSFET и конденсаторах DRAM |
~22–26 |
min |
22 |
7,788E-15 |
6,35755E-06 |
|
|
|
|
max |
26 |
9,204E-15 |
7,51347E-06 |
4 |
Si₃N₄ (нитрид кремния) |
Традиционный материал в MOS-структурах и в памяти (ONO-структуры) |
~7.0–7.5 |
min |
7 |
2,478E-15 |
2,02286E-06 |
|
|
|
|
max |
7,5 |
2,655E-15 |
2,16735E-06 |
5 |
HfAlO (гафний-алюминиевый оксид) |
Лучшее сочетание стабильности и ёмкости |
~15–20 |
min |
15 |
5,31E-15 |
4,33469E-06 |
|
|
|
|
max |
20 |
7,08E-15 |
5,77959E-06 |
6 |
Y₂O₃ (оксид иттрия) |
Хорошая совместимость с Ge и III–V |
~14–18 |
min |
14 |
4,956E-15 |
4,04571E-06 |
|
|
|
|
max |
18 |
6,372E-15 |
5,20163E-06 |
7 |
CeO₂ (оксид церия) |
Перспективный high-k для III–V MOSFET |
~23–26 |
min |
23 |
8,142E-15 |
6,64653E-06 |
|
|
|
|
max |
26 |
9,204E-15 |
7,51347E-06 |
8 |
Gd₂O₃ (оксид гадолиния) |
Хорошая термостабильность, совместим с GaAs |
~14–17 |
min |
14 |
4,956E-15 |
4,04571E-06 |
|
|
|
|
max |
17 |
6,018E-15 |
4,91265E-06 |
9 |
BST (BaₓSr₁₋ₓTiO₃) |
Используется в исследовательских MOS-структурах и СВЧ-конденсаторах |
~150–500 |
min |
150 |
5,31E-14 |
4,33469E-05 |
|
|
|
|
max |
500 |
1,77E-13 |
0,00014449 |
10 |
Pr₂O₃ (оксид празеодима) |
Используется в исследованиях как замена HfO₂ |
~25–30 |
min |
25 |
8,85E-15 |
7,22449E-06 |
|
|
|
|
max |
30 |
1,062E-14 |
8,66939E-06 |
Таблица 2 - Сравнительные характеристики диэлектрических материалов для подзатворного слоя MOSFET (L=0,000007 м., μ= 0,04 м2/В*с., eps0=8,85*10-12 Ф/м., W= 0,0000004 м., d=0,00000007 м.)
Рисунок 2 - Зависимость крутизны в области насыщения транзистора от диэлектрической проницаемости (ε0) (L=0,000007 м., μ= 0,04 м2/В*с., eps0=8,85*10-12 Ф/м., W= 0,0000004 м., d=0,00000007 м)