中国科学技术大学物理系微电子专业 第六章:新型半导体器件 §61现代MOS器件 §62CCD器件 §6.3存储器件 §6纳米器件 §65功率器件 §6.6微波器件 §6.7光电子器件 §6.8量子器件 Semiconductor Devices 2021/2/8
中国科学技术大学物理系微电子专业 2021/2/8 1 Semiconductor Devices 第六章： 新型半导体器件 §6.1 现代MOS器件 §6.2 CCD器件 §6.3 存储器件 §6.4 纳米器件 §6.5 功率器件 §6.6 微波器件 §6.7 光电子器件 §6.8 量子器件
中国科学技术大学物理系微电子专业 §6现代MOS器件 ULSⅠ发展的两个主要方向:深亚微米与亚 0.1微米集成和系统的芯片集成。 因此需要对深亚微米和亚0.微米工艺、器 件和电路技术,器件的结构和相应的物理 机理的研究。微小 mOsfet中的一些物理效 应,如器件尺寸变小,通常的一维器件模 型需要修正,出现二维、三维效应,同时 还会出现各种强电场效应。 Semiconductor Devices 2021/2/8
中国科学技术大学物理系微电子专业 2021/2/8 2 Semiconductor Devices §6.1 现代MOS器件 • ULSI发展的两个主要方向：深亚微米与亚 0.1微米集成和系统的芯片集成。 • 因此需要对深亚微米和亚0.1微米工艺、器 件和电路技术，器件的结构和相应的物理 机理的研究。微小MOSFET中的一些物理效 应，如器件尺寸变小，通常的一维器件模 型需要修正，出现二维、三维效应，同时 还会出现各种强电场效应
中国科学技术太学物理系微电子专业 MOSFET的按比例缩小 近20年来,恒压按比例缩小规则的使用比较成功, 但随着工艺的发展,器件性能和集成密度进一步 提高,目前逐渐逼近其基本的物理极限。 如果要进一步提高集成电路的性能,则需要考虑 更多的因素,而不仅仅是简单的按比例缩小器件 尺寸。需要同时在降低电源电压、提高器件性能 和提髙器件可靠性等三个方面之间进行折衷选择 金属栅和高K栅介质的应用 Semiconductor Devices 2021/2/8
中国科学技术大学物理系微电子专业 2021/2/8 3 Semiconductor Devices 一、MOSFET的按比例缩小 • 近20年来，恒压按比例缩小规则的使用比较成功， 但随着工艺的发展，器件性能和集成密度进一步 提高，目前逐渐逼近其基本的物理极限。 • 如果要进一步提高集成电路的性能，则需要考虑 更多的因素，而不仅仅是简单的按比例缩小器件 尺寸。需要同时在降低电源电压、提高器件性能 和提高器件可靠性等三个方面之间进行折衷选择。 • 金属栅和高K栅介质的应用
中国科学技术大学物理系微电子专业 按比例缩小( Scaling down)的规则 不断缩小器件特征尺寸,是半导体集成电路技术发展的基本规律 90nm Node 20365moe 为维持好的器 2005 件特征,保证 45nm Node 栅对沟道载流 2007 32nm Node 2 子分布的有效 2009 控制,MOS器 22nm Node 50nm Length 2011 件特征尺寸在 EDM2002)30m 25m 16 nm nod 缩小过程中 Prototype 2013 (EDM2000) 20nm Prototype 各结构参数需 Lsi2001) 要遵循一定的 15nm Prototype (EDM2001) 规律,即按比 10nm Prototype 7nm [DRc2003 例缩小规则。 Semiconductor Devices 2021/2/8
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中国科学技术大学物理系微电子专业 栅氧化层厚度缩小的物理限制 随器件特征尺寸的缩小,沟道长度、栅氧化层厚度、源漏与 沟道结深尺度需要按比例缩小(LαTaxX3)。当栅氧化层厚 度缩小到2nm以下时,量子直接隧穿效应将变得非常显著。 E+03 E+02 SiO2 Gate Leakage Gate +01 (from literature) Cate Oxide E+00 E-01 E-02 Source Drail E-03 E-04 E-05 E-06 5 10 15 Physical Tox Semiconductor Devices 2021/2/8
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