8.2 Структуры многозатворных моп-транзисторов

В непрерывных попытках увеличить рабочий ток и уменьшить влияние короткоканальных эффектов КНИ МОП-транзисторы эволюционировали из классических планарных однозатворных приборов в трехмерные приборы с многозатворной структурой (двух-, трех- или четырехзатворные приборы). Необходимо отметить, что в большинстве случаев термин «двойной затвор» относится к одиночному электроду затвора, который выполнен на двух противоположных сторонах прибора. Аналогично, термин «тройной затвор» используется для одиночного электрода затвора, который охватывает три стороны транзистора. Исключением является MIGFET (FET структура с независимыми затворами), где два раздельных затворных электрода могут находиться под разными потенциалами. Также можно отметить, что одно и то же устройство может иметь несколько различных названий в литературе (Таблица 8.1).

Таблица 8.1. Названия приборов, используемые в литературе

Название	Другие названия
MuGFET (Multiple-Gate FET)	Multi-gate FET, Multigate FET
MIGFET (Multiple Independent Gate FET)	Four-Terminal (4T) FinFET
Triple-gate FET	Trigate FET
Quadruple-gate FET	Wrapped-Arround Gate FET Gate-All-Around FET Surrounding-Gate FET
FinFET	DELTA (fully Depleted Lean channel TrAnsistor
FDSOI (Fully Depleted SOI)	Depleted Silicon Substrate
PDSOI (Partially Depleted SOI)	Non-Fully Depleted SOI
Volume Inversion	Bulk Inversion
DTMOS (Dual Threshold Voltage MOS)	VTMOS (Varied Threshold MOS) MTCMOS (Multiple threshold CMOS) VCBM (Voltage-Controlled Bipolar MOS) Hybrid Bipolar-MOS Device

8.2.1 Двухзатворные кни моп-транзисторы

Первая статья по двухзатворному МОП-транзистору (DGMOS) была опубликована в 1984 году. [4] Эта статья показывала, что можно получить значительное уменьшение ККЭ расположением полностью обедненной структуры между двумя затворными электродами, соединенными вместе. Прибор был назван XMOS, так как его поперечное сечение похоже на греческую букву  (Xi). В этой конструкции обеспечивается улучшение контроля обедненной области канала и, в частности, уменьшается влияние электрического поля стока на канал, что уменьшает ККЭ. Первым изготовленным двухзатворным КНИ МОП-транзистором был «полностью обедненный тонкоканальный транзистор (DELTA, 1989)» (рис.8.5А).. Прибор создан в возвышающемся узком кремниевом островке, называемым «пальцем», «ногой» или «плавником». FinFET структура (рис.8.5В) подобна DELTA, за исключением наличия диэлектрического слоя, называемого «твердой маской» на верхушке кремниевого плавника. Твердая маска используется для предотвращения образования паразитных инверсионных каналов в верхних углах прибора.

Рис.8.5. Примеры двухзатворной МОП-структуры: A: DELTA МОП-транзистор; B: FinFET.

Другие реализации двухзатворных КНИ МОП-транзисторов с вертикальным каналом включают в себя «транзистор с кольцевым затвором» (GAA), которым является планарный МОП-транзистор с электродом затвора, окутывающим область канала (Рис.8.6А), «кремний ни на чем» (SON) МОП-транзистор и некоторые другие структуры. Важно отметить, что оригинальный GAA-прибор был двухзатворным, даже несмотря на то, что затвор окружал область канала со всех сторон, потому что высота островка кремния был намного больше, чем его ширина. В настоящее время принято использовать аббревиатуру GAA для четырехзатворных приборов или приборов с окружающим затвором, имеющих отношение ширины к высоте намного ближе к единице.

MIGFET (полевой транзистор с 0независимыми затворами) – это двухзатворный прибор, в котором два электрода не соединены друг с другом и могут, следовательно, находиться под разными напряжениями. Главной особенностью данного транзистора является то, что пороговое напряжение одного из затворов может регулироваться напряжением, прикладываемым к другому затвору. Этот эффект подобен эффекту подложки в полностью обедненных КНИ МОП-транзисторах.

Рис. 8.6. A: Транзистор GAA; B: Трехзатворный МОП-транзистор.