Оксид затвора

Диэлектрический слой полевого МОП-транзистора, отделяющий исток и сток от клеммы затвора

оксид затвора представляет собой диэлектрический слой , который разделяет вывод затвора полевого транзистора MOSFET (металл-оксид-полупроводник). от нижележащих выводов истока и стока, а также проводящего канала, который соединяет исток и сток, когда транзистор включен. Оксид затвора образуется посредством термического окисления кремния канала с образованием тонкого (5-200 нм) изолирующего слоя диоксида кремния. Изолирующий слой диоксида кремния образуется в процессе самоограничивающегося окисления, описываемого моделью Дил-Гроув. Затем на оксид затвора наносится проводящий материал затвора, чтобы сформировать транзистор. Оксид затвора служит диэлектрическим слоем , так что затвор может выдерживать высокое поперечное электрическое поле от 1 до 5 МВ / см, чтобы сильно модулировать проводимость канала .

Над оксидом затвора находится тонкий электродный слой, сделанный из проводника, который может быть алюминием, высоколегированным кремнием, тугоплавкий металл, такой как вольфрам, силицид (, MoSi или WSi ) или сэндвич этих слоев. Этот электрод затвора часто называют «металлическим затвором» или «проводником затвора». Геометрическая ширина электродного проводника затвора (направление, поперечное току) называется физической шириной затвора. Физическая ширина затвора может немного отличаться от ширины электрического канала, используемой для моделирования транзистора, поскольку краевые электрические поля могут оказывать влияние на проводники, которые не находятся непосредственно под затвором.

Электрические свойства оксида затвора имеют решающее значение для образования области проводящего канала под затвором. В устройствах типа NMOS зона под оксидом затвора представляет собой тонкий инверсионный слой n-типа на поверхности полупроводниковой подложки p-типа. Он индуцируется оксидным электрическим полем от приложенного напряжения VGзатвора . Это известно как канал инверсии . Это канал проводимости, который позволяет электронам течь от истока к стоку.

Чрезмерное напряжение оксидного слоя затвора, типичный режим отказа МОП-устройств, может привести к разрыву затвора или току утечки, вызванному напряжением.

Был изобретен первый MOSFET (полевой транзистор металл-оксид-полупроводник, или МОП-транзистор) египетским инженером Мохамедом Аталлой и корейским инженером Давоном Кангом в Bell Labs в 1959 году. В 1960 году Аталла и Канг изготовили первый полевой МОП-транзистор. с толщиной оксида затвора 100 нм вместе с длиной затвора 20 мкм. В 1987 году Биджан Давари возглавил исследовательскую группу IBM, которая продемонстрировала первый полевой МОП-транзистор с толщиной оксида затвора 10 нм с использованием вольфрама - технология ворот.

1. ^Основы твердотельной электроники, Chih-Tang Sah. World Scientific, впервые опубликовано в 1991 г., переиздано в 1992, 1993 (pbk), 1994, 1995, 2001, 2002, 2006, ISBN 981-02-0637-2. - ISBN 981-02-0638-0 (PBK).
2. ^«1960 - Показан металлооксидный полупроводниковый (МОП) транзистор». Кремниевый двигатель. Музей истории компьютеров. Проверено 25 сентября 2019 г.
3. ^Sze, Simon M. (2002). Полупроводниковые приборы: физика и технология (PDF) (2-е изд.). Уайли. п. 4. ISBN 0-471-33372-7.
4. ^Давари, Биджан ; Тинг, Чунг-Ю; Ahn, Kie Y.; Basavaiah, S.; Ху, Чао-Кун; Таур, Юань; Wordeman, Matthew R.; Абоэльфото, О. (1987). «Субмикронный МОП-транзистор с вольфрамовым затвором и оксидом затвора 10 нм». 1987 Симпозиум по технологии СБИС. Дайджест технических документов: 61–62.