WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

Физика и техника полупроводников, 2007, том 41, вып. 108 О.В. Наумова, М.А. Ильницкий, Л.Н. Сафронов, В.П. Попов Рис. 6. Зависимости от напряжения на затворе G2: a — поро- Рис. 7. Зависимости от напряжения на затворе G2: a — порогового напряжения Vth, b — подпорогового наклона затворных гового напряжения Vth, b — подпорогового наклона затворных характеристик S, c —тока n-канальных транзисторов в закры- характеристик S, c — тока p-канальных транзисторов в затом состоянии Ioff при VG1 = 0. Транзисторы с p+- (1–3) и с крытом состоянии Ioff при VG1 = 0. Транзисторы с поликремn+- (4–6) затворами и заземленной базой. 1, 4 — TSi = 25 нм, ниевым n+-затвором и заземленной базой. 1 — TSi = 25 нм, LG = 50 нм; 2, 5 — TSi = 25 нм, LG = 100 нм; 3, 6 — TSi = 50 нм, LG = 50 нм; 2 — TSi = 25 нм, LG = 100 нм; 3 — TSi = 50 нм, LG = 50 нм. Vds = 0.1B, VS = Vb = 0, dox = 5нм. LG = 50 нм. Vds = 0.1B, VS = Vb = 0, dox = 5нм.

Физика и техника полупроводников, 2007, том 41, вып. КНИ-нанотранзисторы с двумя независимо управляемыми затворами Отрицательное напряжение на G2 для n-канальных и Из приведенных результатов видна сильная зависиположительное напряжение G2 для p-канальных тран- мость характеристик транзистора от толщины Si и от зисторов приводят также к уменьшению подпорогово- состояния базовой области (заземлена база или нет, го наклона затворных характеристик (рис. 6, b, 7, b). работает или нет поверхностная рекомбинация). С одВ результате влияния обоих факторов (роста Vth и ной стороны, заземление базы означает фиксирование уменьшения S) снижается величина Ioff (рис. 6, c, 7, c). потенциала в какой-то ее части и экранирование тем Варьированием напряжения на G2 можно снижать зна- самым одного затвора от другого. С другой стороны, чение Ioff на 2-6 порядков. При росте отрицательного заземление базы означает организацию бесконечного (положительного) напряжения на G2 для n-канальных стока для основных носителей заряда. Влияние базы (p-канальных) транзисторов наблюдается насыщение за- при этом можно объяснить эффектом генерации горячих висимостей Vth(VG2), S(VG2), Ioff(VG2). носителей заряда, существенным при тянущих полях выше 104 B/см [1]. Инжектированные из инверсионного канала носители заряда, генерируемые в процессе 4. Обсуждение результатов ударной ионизации, приводят к снижению потенциального барьера истокового перехода, соответственно росту Пороговое напряжение МОП транзистора на объемIds, S и снижению Vth. В любом случае рассмотренные ном кремнии, как известно, прямо пропорционально состояния с заземленной и плавающей базой без поверхзаряду в области обеднения Qb:

ностной рекомбинации можно считать двумя крайними случаями, показывающими возможные предельные знаVth = Vfb + s + Qb/Cox. (1) чения Vth, S, Ioff. Так, при VG2 = 0 разница в значении Здесь Vfb — напряжение плоских зон, s — поверхност- порогового напряжения для случаев с заземленной и плавающей базой может составлять 1.1 B (ср. рис. 6, a ный потенциал, Cox — емкость подзатворного окисла.

и 4, a). Это значит, что параметры реальных приборов В структурах, где область обеднения меньше толщины слоя кремния, Qb = qNTSi, N — концентрация легирую- при одних и тех же конструктивных параметрах могут варьироваться в широком диапазоне. Значения их будут щей примеси в базе. Поэтому естественно ожидать, что зависеть от качества базовой области (времени жизни в классическом случае, пока несущественны эффекты квантования, значение Vth будет уменьшаться с уменьше- основных носителей заряда в слое Si и на границах нием TSi, что и предсказывалось в работе [8]. Однако ре- раздела Si/SiO2). Также ясно, что для подавления короткоканальных эффектов необходимо избавляться от зультаты расчетов показывают рост Vth с уменьшением плавающей базы (организовать сток для основных ноTSi (рис. 5–7). Отметим, что рост порогового напряжения сителей заряда), что можно достичь (кроме организации транзистора с уменьшением толщины Si наблюдался контакта к базовой области), уменьшив толщину Si до также при моделировании характеристик двухзатворных ширины инверсионного канала. В этом случае для дырок транзисторов в работе [2]. Такое поведение зависимости (электронов) в n-канальном (p-канальном) транзисторе Vth(TSi) может быть объяснено следующим.

Для КНИ-транзисторов (в отличие от МОП тран- на истоковом переходе имеем практически нулевой потенциальный барьер (бесконечный сток) в области зисторов на объемном кремнии) для второго члена в канала.

выражении (1) должна учитываться весовая добавка (), связанная с емкостным взаимодействием областей обед- В классическом приближении треугольной потенцинения кремния и окисла. При равной толщине подза- альной ямы и случая слабой инверсии ширина канала творных окислов (под G1 и G2) и нулевой плотно- определяется соотношением [9] сти поверхностных состояний согласно модели Лима– 3kT 3kT SiФоссума = 1 + CSi/Cox [7] и =[1 + CSi/(CSi + Cox)] Zcl = =. (2) 2qEeff 2q Qb в модели Омура [8]. В любом случае зависимость Vth от TSi становится нелинейной, проходя через минимум.

Здесь Eeff — напряженность поперечного электрическоПока в выражении (1) доминирует Qb (третий член), го поля в канале, Si — диэлектрическая проницаемость пороговое напряжение уменьшается с уменьшением кремния. Тогда при TSi = Zcl имеем толщины кремния. Начиная с некоторого значения TSi, вклад Qb в величину Vth становится незначительным 3kT Si 1/TSi =. (3) и пороговое напряжение, определяемое величиной s, 2q qN возрастает с уменьшением TSi из-за увеличения емкости CSi = Si/TSi. Отметим, что в работе [2] нелинейность При формировании инверсионного канала поле Eeff зависимости Vth(TSi) связывается с короткоканальным увеличивается (в выражении (2) необходимо учитыэффектом — с емкостным взаимодействием областей вать Qb и заряд инверсионных электронов (дырок)), затвор–канал и сток–истоковых переходов при малых LG. соответственно Zcl уменьшается. Поэтому выражение В этом случае с уменьшением TSi уменьшается емкость (3) необходимо рассматривать как оценку величины TSi сток–истоковых переходов (рис. 1), соответственно воз- сверху для подавления эффекта плавающей базы. Легко растает Vth. оценить, что при N = 6 · 1016 см-3 толщина Si не должна Физика и техника полупроводников, 2007, том 41, вып. 110 О.В. Наумова, М.А. Ильницкий, Л.Н. Сафронов, В.П. Попов Диапазон возможных изменений порогового напряжения траннанотранзисторах с двумя независимо управляемыми зистора Vth в зависимости от управляющих параметров затворами.

Напряжение на дополнительном затворе (при заданУправляющие параметры Vth, B ных конструктивных параметрах рассматриваемых КНИтранзистора нанотранзисторов) может быть использовано для управМатериал затвора 1.ления такими параметрами транзистора, как Vth, S, Ioff, Стоки, в следующих диапазонах: Vth = 0.45 B, S — до плавающая/заземленная база 1.60 мВ/дек, Ioff — в пределах 7 порядков.

TSi 0.Максимальное значение Vth и минимальные значения VGIoff и S достигаются при напряжении на дополнительном для плавающей базы 0.2-0.затворе, соответствующем режиму аккумуляции в Si со для заземленной базы 0.стороны дополнительного затвора. Максимально допуLG 0.стимое напряжение на дополнительном затворе ограничено прямым туннелированием зона–зона (по пути исток–база и база–сток) в режиме сильной аккумуляции.

превышать TSi = 20.6 нм. Однако следует заметить, что при сокращении TSi уменьшается и диапазон возможных Список литературы значений Vth при изменении VG2 (рис. 4, a). В таблице представлены параметры, управляющие пороговым на[1] Г.Я. Красников. Конструктивно-технологические особенпряжением транзистора, и диапазон возможных значености субмикронных МОП транзисторов (М., Техносфений изменения напряжения Vth для рассматриваемых ра, 2002) гл. 1.

конструкций КНИ-нанотранзисторов.

[2] J.-T. Park, J.-P. Colinge. IEEE Trans. Electron. Dev., 49, Выход зависимостей Vth(VG2), S(VG2) и Ioff(VG2) на (2002).

[3] J. Kedzierski, M. Ieong, E. Nowak. In: Silicon-on-Insulator насыщение (рис. 6, 7) при подаче отрицательного (поTechnology and Devices XI, ed. by S. Cristoloveanu ложительного) напряжения на второй затвор для n(Pennington, N. Y., Electrochemical Society Proc., 2003) канального (p-канального) транзистора является закоPV 2003-05, p. 185.

номерным и обусловлен формированием аккумулирую[4] O. Faynot, A. Vandooren, T. Poiroux, J. Lolivier, C. Jahan, щего канала проводимости со стороны второго затвора.

S. Barraud, T. Ernst, F. Andrieu, M. Casse, B. Giffard, S. DeЭто приводит к экранированию потенциала в базе транleonibus. 207th ESC Meeting, 12th Int. Symp. on Silicon-onзистора от напряжения VG2. Положительным моментом Insulator Technology and Devices (Quebec, Canada, 2005) при этом является то, что в таком режиме параметры J2, p. 527.

транзистора Vth, S, Ioff становятся нечувствительными к [5] S. Balasubramanian, L. Chang, Y.-K. Choi, D. Ha, J. Lee, P. Ranade, S. Xiong, J. Bokor, Ch. Hu, T.-J. King. In:

флуктуациям заряда в подзатворном окисле со стороны Silicon-on-Insulator Technology and Devices XI, ed. by затвора G2. Однако нельзя подавать произвольно больS. Cristoloveanu (Pennington, N. Y., Electrochemical Society шое напряжение на затворы (G1 либо G2) после форProc., 2003) PV 2003-05, p. 197.

мирования аккумулирующего канала, поскольку, как по[6] J.-L. Autran, D. Munteanu, M. Houssa, K. Castellani-Coulie, казывает расчет, в режиме сильной аккумуляции возниA. Said. Jap. J. Appl. Phys., 44, 8362 (2005).

кает прямое туннелирование зона–зона по пути исток– [7] H.-K. Lim, J.G. Fossum. Trans. Electron. Dev., ED-30, база и база–сток. Ток транзистора Ids возрастает (при (1983).

VG1, VG2 < -1.5B, рис. 3), что приводит к ухудшению [8] Y. Omura. In: Perspectives, Science and Technologies for параметров транзистора (уменьшению Vth и росту S).

Novel Silicon-on-Insulator Devices, ed by P.L.F. Hemment, Таким образом, прямое туннелирование исток–база и V.S. Lysenko and A.N. Nasarov (Dordrecht–Boston–London, база–сток является фактором, ограничивающим напря- Kluwer Academic Publishers, 2000) NATO Science Series, v. 73, p. 257.

жение на затворе G2 (отрицательное для n-канального и [9] S. Mudanai, G.L. Chindalore, W.-K. Shih, H. Wang, Q. Ouyang, положительное для p-канального транзистора) в режиме Al.F. Tasch, C.M. Maziar, S.K. Banerjee. IEEE Trans. Electron.

аккумуляции.

Dev., 46, 1749 (1999).

Редактор Т.А. Полянская 5. Заключение Материал затвора, время жизни основных носителей заряда, состояние базовой области (наличие или отсутствие контакта к базе), толщина отсеченного слоя кремния, напряжение на противоположном затворе, длина канала являются основными (перечисленными по степени уменьшения их воздействия) параметрами, управляющими подавлением короткоканальных эффектов в КНИФизика и техника полупроводников, 2007, том 41, вып. КНИ-нанотранзисторы с двумя независимо управляемыми затворами Silicon-on-isolator nanotransistors with two independent gates O.V. Naumova, M.A. Ilnitsky, L.N. Safronov, V.P. Popov Institute of Semiconductor Physics, Russian Academy of Sciences, Siberian Branch, 630090 Novosibirsk, Russia

Abstract

This paper describes computer simulations of the electrical characteristics of SOI MOSFETs with two independent gates. The cases with the grounded and floating base, without and with the surface recombination of charge carries were examined.

It is shown that at the considered geometrical parameters of the transistor (the gate length being 50–100 nm, Si width 25–50 nm) it is possible to vary the threshold voltage of transistor in the range 0.45 V to decrease the current through the transistor as low as down 7 orders and the subthreshold swing of characteristics up to 60 mV/dec only by voltage on additional gate. It is shown that the suppression of short-channel effects in the nanotransistors depends on a number of the parameters (enumerated according to the degree of the significance of action) —the gate-material, the life time of the charge carriers (floating or grounded base), the thickness of the top silicon layer in SOI, the potential on additional gate, and the channel length.

Физика и техника полупроводников, 2007, том 41, вып.

Pages:     | 1 ||



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.