6.7. Сравнение полностью и частично обедненных кни мопт

Традиционно считается, что наиболее перспективными являются КНИ структуры с полным обеднением. Такая технология обеспечивает наилучшие характеристики приборов (отсутствие эффектов плавающего тела, более крутой подпороговый наклон, минимизация короткоканальных эффектов и паразитных емкостей) и считается наиболее приемлемой в диапазоне длин канала менее 100 нм. Тем не менее, полностью обедненные КНИ МОПТ существенно менее технологичны и более трудны для изготовления. Например, пороговое напряжение ПО КНИ МОПТ очень чувствительно к толщине кремниевой базы, а поддержание постоянства толщины базы является трудной технологической задачей.

Преимущество полностью обедненных приборов над частично обедненными в части электростатического качества и отсутствия короткоканальных эффектов также не столь бесспорно. Например, из-за отсутствия квазинейтральной области в полностью обедненных КНИ МОПТ существует электростатическая связь стока с затвором через скрытый окисел (рис.6.6).

Рис.6.6.Электрическая связь стока с затвором через скрытый окисел в ПО КНИ МОПТ

Это обстоятельство ухудшает электростатическое качество МОПТ полностью обедненного типа и усиливает короткоканальные эффекты.

В настоящее время развитие технологий частичного и полного обеднения идет параллельными курсами. Фирма IBM поддерживает технологии частичного обеднения, фирма Intel развивает технологии с полным обеднением. ЧО КНИ МОПТ в настоящее время используются для изготовления высокопроизводительных микропроцессоров. ПО КНИ МОПТ имеют неоспоримые преимущества при масштабировании.

Преимущества и недостатки ПО и ЧО КНИ МОПТ сведены в таблицу 6.1.

Таблица 6.1 Преимущества и недостатки частично и полностью обедненных КНИ МОПТ

ПО КНИ МОПТ	ЧО КНИ МОПТ
Лучший подпороговый размах (~ 60 мВ/дек) (+)	Простота изготовления (+)
Отсутствие эффектов плавающего потенциала (+)	Отсутствие электростатической связи с подложкой (+)
Объемная инверсия (+)	Эффекты плавающего потенциала тела (–)
Зависимость от высокой точности задания толщины базы (–)	Переходные эффекты, зависящие от предыстории (–)
Хуже электростатика (–)	Паразитный биполярный эффект (–)
Ранний пробой (–)	Простота контроля порогового напряжения (+)
Заметнее эффекты разогрева (–)

6.8. Масштабирование кни мопт

6.8.1 Короткоканальные эффекты

В объемных МОПТ уменьшение коротканальных эффектов требует формирования тонких переходов сток/исток-подложка и увеличения концентрации примеси в подложке, которое вызывает уменьшение подвижности и рост паразитных емкостей. Преимущество КНИ МОПТ заключается в том, что масштабированием прибора можно полностью управлять изменением толщины пленки.

DIBL –эффект и влияние стока на распределение электрического поля под затвором присутствуют как в объемных, так и в КНИ МОПТ. Однако в КНИ МОПТ они лучше контролируются уменьшением толщины пленки.

Главный короткоканальный эффект в КНИ заключается в проникновении электрического поля от стока в скрытый окисел и подложку (рис. 6.6). Проникающее поле приводит к увеличению поверхностного потенциала на границе пленки со скрытым окислом точно так же, как действовало бы обратное смещение на нижнем затворе − индуцированное стоком виртуальное смещение подложки (DIVSB − drain-induced virtual substrate biasing). Так как имеется электрическая связь между верхним и нижним поверхностными потенциалами, свойства верхнего канала изменяются. В частности, пороговое напряжение уменьшается при увеличении потенциала стока как при DIBL, хотя DIVSB − совершенно другой механизм.

Рис. 6.7 иллюстрирует стратегию масштабирования КНИ. Из сравнения уменьшения порогового напряжения ∆V_T для легированной и нелегированной пленок можно заключить, что толстая нелегированная пленка очевидно непригодна. Но для 15 нм толщины пленки величина ∆V_T становится приемлемой, и влияние легирования исчезает. Это означает, что нелегированный и ультратонкий КНИ МОПТ исключительно устойчив к короткоканальным эффектам. Кроме того, его преимуществами является высокая подвижность носителей и почти идеальный подпороговый наклон.

Другой способ противостоять проникновению поля в окисел и подложку состоит в модификации архитектуры транзистора: более тонкий скрытый окисел с меньшей диэлектрической проницаемостью, структура с двойным затвором или создание высоколегированной области или металлического слоя ниже окисла.

Рассмотрение электростатики при масштабировании показывает, что минимальная длина канала пропорциональна толщине пленки: . Из этого правила следует, что для надлежащим образом масштабированного КНИ МОПТ с длиной канала 10 нм требуется пленка тоньше 3 нм. Сообщалось в литературе о моделировании транзистора с приемлемыми характеристиками с длиной канала 2,5 нм на пленке толщиной 1 нм. Практически уже изготовлены лабораторные образцы КНИ МОПТ с длиной канала 6 нм.