MOS(metal oxide semiconductor) 原理及scaling

MOS场效应晶体管Page2一、实物图例二、MOS管的原理及特性三、Scaling的限制及对策主要内容Page3MOS实物12321电路板中不同引脚数的MOS管芯片中肉眼看不见的MOS管Page4一、MOSFET原理及特性L：沟道长度W：沟道宽度tox：绝缘层厚度整体结构（N沟道）Page5MOS场效应晶体管的四种基本类型P沟道P沟道MOSFET耗尽型增强型N沟道N沟道耗尽型：场效应管没有加偏置电压时，就有导电沟道存在增强型：场效应管没有加偏置电压时，没有导电沟道Page6工作原理当vGS≤0时无导电沟道，d、s间加电压时，也无电流产生。当0vGSVT时产生电场，但未形成导电沟道（感生沟道），d、s间加电压后，没有电流产生。当vGS≥VT时在电场作用下产生导电沟道，d、s间加电压后，将有电流产生。vGS越大，导电沟道越厚VT称为开启电压（1）vGS对沟道的控制作用Page7（2）vDS对沟道的控制作用靠近漏极d处的电位升高电场强度减小当vGS一定（vGSVT）时，vDSiD沟道电位梯度整个沟道呈楔形分布当vDS增加到使vGD=VT时，在紧靠漏极处出现预夹断。在预夹断处：vGD=vGS-vDS=VTPage8PP+N+SGDUN+N沟道耗尽MOSNN+P+SGDUP+P沟道耗尽MOSVGS=0时，导电沟道已存在对比增强型？Page9MOSFET的特性曲线转移特性曲线反映VDS为常数时，VGS对ID的控制作用，可由输出特性转换得到。转移特性曲线中，ID=0时对应的VGS值，即开启电压VGS(th)。输出图形曲线分为三个部分：可变电阻区，饱和区，击穿区。输出特性曲线VGS(th)=3VVDS=5VIDVDSOVDS=VGS–VGS(th)VGS=5V3.5V4V4.5VVDS=5VIDVGSO12345转移特性曲线Page10MOS的缩小集成电路上可容纳的电晶体（晶体管）数目，约每隔24个月便会增加一倍。速度↑功耗↓集成度↑功能↑价格/功能↓Page11器件尺寸缩小带来一系列问题器件尺寸的缩小1.各种多维及非线性效应：表面能级量子化效应、隧穿效应、短沟道效应、窄沟道效应、漏电流2.严重影响了器件性能器件隔离区所占芯片面积相对增大1.寄生电容增加2.影响了集成度及速度的提高Page12MOS尺寸缩小的限制与对策新结构+新材料1Xjxj↓RS,RD↑gD(线性),gm(饱和)↓对策：自对准金属硅化物技术Salicide（Self-alignedsilicide）Page132tox通常漏电流最大不能超过0.1nA。此时二氧化硅的最小厚度为几十埃Page142toxH-k电解质可以提高电容量和减小漏电流等效氧化层厚度EOT(EffectiveOxideThickness)EOT=tH-k2HSiOkPage153S\D耗尽层厚度(1)WS,WD↓NA↑VT↓或至少不上升!Page1645nmH-k+MGPage17Page18Page19MultyGateDevicePage20Page21谢谢观赏！