Wspólnotowy Serwis Informacyjny Badan i Rozwoju - CORDIS

Nowe materiały do produkcji tranzystorów nowej generacji

Ponieważ obecnie tranzystory krzemowe osiągnęły granice miniaturyzacji przy wielkości około 14 nm, branża półprzewodników musi znaleźć nowe materiały, dzięki którym prawo Moore'a będzie mogło sprawdzać się także w mniejszej skali. Unijny projekt dostarczył pełniejszych informacji na temat zalet i wad stosowania półprzewodników z grupy III-V w przyszłej technologii metal-tlenek-półprzewodnik (CMOS).
Nowe materiały do produkcji tranzystorów nowej generacji
W ciągu ostatnich dwudziestu lat miniaturyzacja tranzystorów krzemowych napędzała rewolucję w elektronice, a tranzystory osiągnęły rozmiary nanometrowe. Wydaje się jednak, że po przekroczeniu pewnego punktu miniaturyzacji CMOS zaczynają pojawiać się problemy z niezawodnością. Aby pokonać ograniczenia krzemu, potrzebne są nowe materiały do budowy kanałów, odznaczające się wysoką prędkością nośników ładunku.

Dzięki dużo większej ruchliwości elektronów niż w przypadku krzemu materiały półprzewodnikowe z grupy III-V mogą posłużyć do budowy mniejszych i szybszych tranzystorów. W ramach projektu CONAT (Conduction mechanisms in advanced MOS technologies) naukowcy zbadali mechanizmy przewodzenia i rozkładu nowych struktur tranzystorowych, wykorzystujących arsenek galowo-indowy (InGaAs) jako podłoże. Wcześniej zastosowanie tego półprzewodnika w komercyjnych produktach utrudniały defekty i inne problemy z niezawodnością.

Prace koncentrowały się na strukturach tranzystorowych wykonanych z izolacyjnej warstwy tlenkowej, znajdującej na InGaAs, przy czym warstwa wierzchnia jest bramką metalową. Naukowcy wybrali dielektryk o wysokiej stałej dielektrycznej, aby zastąpić dwutlenek krzemu, powszechnie stosowany jako materiał do budowy bramek.

Rezultaty projektu dowodzą, że defekty związane z podłożem InGaAs odgrywają kluczową rolę w charakterystyce degradacji struktury tranzystora. Ponadto naukowcy ustalili, że poprawianie granicy między dielektrykiem i InGaAs niekoniecznie zwiększa niezawodność struktury MOS.

Innym kluczowym obszarem badań był rozkład tlenku w bramce, na potrzeby którego zespół CONAT opracował modele fizyczne, umożliwiające skuteczne symulowanie tego mechanizmu uszkodzenia w strukturach tranzystorowych z dielektrykami i półprzewodnikami z grupy III-V. Badaczom udało się skontrolować tempo rozpadu szeregu dielektryków bramkowych po wybraniu odpowiedniej kombinacji wartości napięcia, grubości i przewodności cieplnej. Prace te miały na celu znaczącą poprawę niezawodności obwodów CMOS.

Przy pomocy techniki spektroskopowej naukowcy zbadali cechy struktur MOS po rozpadzie, składających się z różnych połączeń tlenek-półprzewodnik. Wyjaśniono różnice zaobserwowane w mikrostrukturach połączenia tlenek aluminium-InGaAs oraz dwutlenek krzemu-krzem przy napięciu dodatnim i ujemnym.

Ustalenia uczestników projektu pomagają lepiej zrozumieć mechanizmy degradacji i rozpadu w technologii CMOS III-V, dzięki czemu możliwe będzie zwiększenie wydajności tranzystorów.

Powiązane informacje

Słowa kluczowe

Tranzystory, krzem, półprzewodniki III-V, CMOS, ruchliwość elektronów, arsenek galowo-indowy
Śledź nas na: RSS Facebook Twitter YouTube Zarządzany przez Urząd Publikacji UE W górę