SP - UMEL - VysokÃƒÂ© uÃ„ÂenÃƒÂ technickÃƒÂ© v BrnÃ„Â›

12.07.2015 Views
Návrh analogových integrovaných obvodů (BNAO) 33kde povrchový potenciál, φ s , je ve vztahu s napětím hradla:VVQDV⎛ϕ⎞s∝ exp ⎜⎟( 3.42 )⎝ Vt⎠V2εqϕS SG=FB+ ϕS+ox=FB+ ϕS+( 3.43 )CoxNapětí hradla, V G , je potom ve vztahu k povrchovému potenciálu, φ s ,:dVG 1 2εSq1 εSq= 1 +≅ 1+= n( 3.44 )dϕ 2Cϕ 2C2ϕsoxSKde povrchový potenciál v podprahovém režimu měl přibližně stejnou hodnotu, 2 φ F ,jako při prahovém napětí:ID∝ QDoxF⎛ ⎞ ⎛ ⎞sVG∝ exp ⎜ϕ ⎟ ∝ exp⎜⎟( 3.45 )⎝ Vt⎠ ⎝ nVt⎠3.6.5 Závislost pohyblivosti nosičů na intenzitě elektrického polePohyblivost nosičů v inverzní vrstvě je zřetelně nižší než v substrátu. Toto je dánofaktem, že vlnová funkce elektronů přesahuje až do oxidu a pohyblivost nosičů náboje jesnížena kvůli nižší pohyblivosti v oxidu. Vyšší intenzita elektrického pole v povrchové vrstvě(typické pro struktury se zkráceným kanálem) posunuje vlnovou funkci elektronů směremk oxidové vrstvě ještě více a výsledkem je pohyblivost elektronů závislá na intenzitěelektrického pole. Povrchová pohyblivost, µ surface , se mění v závislosti na intenzitěelektrického pole, , podle následujícího vztahu3.6.6 Saturace rychlosti nosičů („velocity saturation“)−1 3µ surface∝ ε( 3.46 )Se zmenšováním rozměru kanálu se zvyšuje intenzita elektrického pole a nosičev kanále zrychlují. V oblastech, kdy intenzita elektrického pole dosahuje velkých hodnot,však není závislost rychlosti na intenzitě elektrického pole lineární a rychlost elektronův určitém okamžiku dosáhne saturace (dosáhne maxima, dále již neroste ani při pokračujícímnárůstu intenzity elektrického pole). U MOS tranzistorů s délkou kanálu pod 1 µm jeprůměrná rychlost elektronu v kanále vyšší než v substrátu, z čehož lze usoudit, že tento jevnení až tak omezující jak se může na první pohled zdát.3.6.7 Průraz oxiduSe zmenšujícími rozměry MOS struktury (šířka a délka kanálu; je myšlen přechod odjedné technologie k další) se samozřejmě musí tenčit také hradlový oxid. V případěmoderních technologií je tento oxid tak tenký, že už je reálné nebezpečí jeho průrazu. Ztohoto důvodu se dnes věnuje velká pozornost také této problematice (spolehlivost,životnost). Vyšší intenzity elektrického pole v oxidu zvyšují počet nosičů, které tunelují zkanálu do této oblasti. Tyto nosiče degradují postupně kvalitu oxidové vrstvy a časem můžedojít trvalému průrazu oxidové bariéry. Uvedený jev je závislý na čase a je nazván timedependent destructive breakdown (TDDB).

34 FEKT Vysokého učení technického v BrněI jiné oxidy než SiO 2 se mohou stát alternativou materiálu hradlového oxidu. Obvyklese uvádějí jako dielektrika s velkým k (high-k dielectrics). Tyto materiály mají vyšší hodnotudielektrické konstanty, což v praxi znamená, že stejné kapacity může být dosaženo s tlustšívrstvou tohoto materiálu (v porovnání samozřejmě s SiO 2 ). Výzvou je dosáhnout s těmitomateriály stejných hodnot stability, spolehlivosti a velikosti průrazného napětí jako s SiO 2 .Zajímavě se jeví materiály Al 2 O 3 , ZrO a TiO.3.6.8 Škálování rozměrů MOS tranzistorů („Scaling“)Zmenšování rozměrů MOS tranzistoru bylo v posledních 30 letech velmi dramatické.Začínalo se v roce 1970 se strukturami, jejichž minimální rozměr (délka kanálu) byl 10 µm apostupně se dospělo k technologii 0,065 µm v roce 2006. Správné zmenšování MOS struktury(scaling, škálování) však neznamená pouhou změnu (zmenšení) rozměru struktury. Do tohotoprocesu musí být zahrnuty další změny, jako je srovnání přechodů oblastí gate/drain agate/source, změna tloušťky hradlového oxidu a depletiční vrstvy kolem kanálu. Posledníuvedená změna (depletiční vrstva) implikuje škálování hustoty dotace substrátu.Tab. 4: Porovnání metod používaných pro škálování MOS tranzistorůParametr Symbol ŠkálovánízachovánímkonstantníintenzityelektrickéhopoleŠkálovánízachovánímkonstantníhonapětíŠkálovánízachovánímkonstantníhonapětí sesaturacírychlosti nosičůDélka kanálu L 1/α 1/α 1/αŠířka kanálu W 1/α 1/α 1/αIntenzita el. pole ε 1 α αTloušťka oxidu t ox 1/α 1/α 1/αDotace substrátu N a α 2 α 2 α 2Hradlová kapacita C G 1/α 1/α 1/αKapacita oxidu C ox α α αTranzitní čas t r 1/α 2 1/α 2 1/αTranzitní frekvence f t α α 2 αNapětí V 1/α 1 1Proud I 1/α α 1Výkon P 1/α 2 α 1Výkon-zpoždění P∆t 1/α 3 1/α 1/αJsou používány dva základní typy škálování: zachování konstantní hodnoty intenzityelektrického pole (constant field scaling) a constant voltage scaling. Při použití první metodyje výhodou velká redukce součinu příkonu a zpoždění u jednoho tranzistoru. Bohuželvyžaduje snížení napájecího napětí při zmenšování rozměrů. Constant voltage scaling tutonevýhodu nemá a v současnosti je preferovanou metodou při vývoji nových technologií.Výhodou tedy je, že s obvody vytvořené novou (zmenšenou) technologií jsou, co se

Page 1 and 2: Ing. Daniel Bečvář, Ph.D.Ing. Ji

Page 3 and 4: 2 FEKT Vysokého učení technické




Page 11 and 12: 10 FEKT Vysokého učení technick











Page 33: 32 FEKT Vysokého učení technick



























































SP - UMEL - VysokÃƒÂ© uÃ„ÂenÃƒÂ­ technickÃƒÂ© v BrnÃ„Â›

SP - UMEL - VysokÃƒÂ© uÃ„ÂenÃƒÂ­ technickÃƒÂ© v BrnÃ„Â› ... View more SP - UMEL - VysokÃƒÂ© uÃ„ÂenÃƒÂ­ technickÃƒÂ© v BrnÃ„Â›

Delete template?

Save as template ?

SP - UMEL - VysokÃƒÂ© uÃ„ÂenÃƒÂ technickÃƒÂ© v BrnÃ„Â›

SP - UMEL - VysokÃƒÂ© uÃ„ÂenÃƒÂ technickÃƒÂ© v BrnÃ„Â› SP - UMEL - VysokÃƒÂ© uÃ„ÂenÃƒÂ technickÃƒÂ© v BrnÃ„Â›