晶體管原理-3031短器件發(fā)展方向

1、半導(dǎo)體器件原理2009.06.15Institute of Microelectronics Circuit & System-1-第四章第四章 場(chǎng)效應(yīng)晶體管場(chǎng)效應(yīng)晶體管v熱載流子效應(yīng)熱載流子效應(yīng)-2. .短溝道效應(yīng)短溝道效應(yīng)-在強(qiáng)電場(chǎng)作用下,電子在兩次碰撞之間會(huì)加速到比熱運(yùn)動(dòng)速度高許多倍的速度,由于動(dòng)能很大而稱(chēng)為熱電子熱電子,從而引起“熱電子效應(yīng)熱電子效應(yīng)”。v改進(jìn)：改進(jìn)：(1)兩次離子注入; (2)外加襯底偏壓。v問(wèn)題問(wèn)題：穿通電流受VGS控制弱；VDS很大時(shí)將導(dǎo)致穿通擊穿。v熱載流子：熱載流子：能量比費(fèi)米能級(jí)大幾個(gè) kT 以上的載流子(1)橫向電場(chǎng)Ey足夠大時(shí), 溝道電子在縱向電

2、場(chǎng)作用下注入到柵氧化層中;A(3)耗盡區(qū)內(nèi)熱激發(fā)產(chǎn)生電子-空穴對(duì);C(2)漏區(qū)附近強(qiáng)電場(chǎng)Ey使高能電子碰撞電離產(chǎn)生電子-空穴對(duì); B短溝道MOSFET中產(chǎn)生IG的原因半導(dǎo)體器件原理2009.06.15Institute of Microelectronics Circuit & System-2-第四章第四章 場(chǎng)效應(yīng)晶體管場(chǎng)效應(yīng)晶體管v柵氧化層中電子積累的影響柵氧化層中電子積累的影響:-2. .短溝道效應(yīng)短溝道效應(yīng)v 溝道熱電子效應(yīng)為主。(1)VT正漂; (2)跨導(dǎo)gm下降; (3)亞閾電流IDsub增大。(1)雙擴(kuò)散D-MOSFT; (2)采用偏置柵結(jié)構(gòu); (3)埋溝結(jié)構(gòu)。v產(chǎn)生溝道

3、熱電子的原因是漏區(qū)附近極高的橫向電場(chǎng)的存在。抑制熱產(chǎn)生溝道熱電子的原因是漏區(qū)附近極高的橫向電場(chǎng)的存在。抑制熱電子效應(yīng)的措施電子效應(yīng)的措施:v 溝道長(zhǎng)度越短,熱電子效應(yīng)越嚴(yán)重。v IG的出現(xiàn)表征著熱電子效應(yīng)的存在,且IG的大小可用來(lái)衡量熱電子效應(yīng)的大小。半導(dǎo)體器件原理2009.06.15Institute of Microelectronics Circuit & System-3-第三節(jié)第三節(jié) 微電子器件的發(fā)展方向微電子器件的發(fā)展方向MOSFET的發(fā)展方向的發(fā)展方向第四章第四章 場(chǎng)效應(yīng)晶體管場(chǎng)效應(yīng)晶體管vMOSFET的發(fā)展方向的發(fā)展方向:溝道長(zhǎng)度L不斷縮短*優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn): 對(duì)于分立器件可提

4、高跨導(dǎo)和最大工作頻率，對(duì)IC可以提高速度、增大集成度和降低功耗。*缺點(diǎn)缺點(diǎn): 閾電壓下降；閾電壓不穩(wěn)及跨導(dǎo)退化。KTTOXOXv改進(jìn)改進(jìn)恒場(chǎng)按比例縮小恒場(chǎng)按比例縮小 當(dāng)MOSFET溝道長(zhǎng)度縮短時(shí),器件的其他各種橫向和縱向尺寸以及電壓也按一定的比例縮小。KZZ KLL KVVGSGSKxxjjAAKNNKVVBSBSKVVDSDS半導(dǎo)體器件原理2009.06.15Institute of Microelectronics Circuit & System-4-柵氧化層與半導(dǎo)體界面處的柵氧化層與半導(dǎo)體界面處的縱向電場(chǎng)強(qiáng)度不變縱向電場(chǎng)強(qiáng)度不變;溝道溝道橫向電場(chǎng)強(qiáng)度不變橫向電場(chǎng)強(qiáng)度不變;耗盡區(qū)

5、內(nèi)電荷面密度不變耗盡區(qū)內(nèi)電荷面密度不變;第四章第四章 場(chǎng)效應(yīng)晶體管場(chǎng)效應(yīng)晶體管-3.微電子器件的發(fā)展方向微電子器件的發(fā)展方向閾電壓閾電壓 VT=VT/K;最高工作頻率最高工作頻率 fT=KfT;功耗功耗 縮小縮小1/K2;門(mén)延遲門(mén)延遲 縮小縮小1/K;v優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):面積小面積小、速度快速度快、功耗低功耗低?？鐚?dǎo)不變跨導(dǎo)不變;半導(dǎo)體器件原理2009.06.15Institute of Microelectronics Circuit & System-5-vMEMS技術(shù)技術(shù)第四章第四章 場(chǎng)效應(yīng)晶體管場(chǎng)效應(yīng)晶體管-3.微電子器件的發(fā)展方向微電子器件的發(fā)展方向 21世紀(jì)微電子的核心技術(shù)：系統(tǒng)級(jí)

6、芯片（SOC） MEMS概念 ： MEMS(Micro-electro-mechanical systems) 即微電即微電子機(jī)械系統(tǒng)子機(jī)械系統(tǒng) 是微電子技術(shù)與機(jī)械、光學(xué)等領(lǐng)域的結(jié)合，是微型SOC系統(tǒng)。 與其它MEMS的通信/接口(光/電/磁)力光聲溫度化學(xué)其它傳感器執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)能量信息其它模擬信號(hào)處理數(shù)字信號(hào)處理模擬信號(hào)處理半導(dǎo)體器件原理2009.06.15Institute of Microelectronics Circuit & System-6-第三章第三章 雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管-3.微電子器件的發(fā)展方向微電子器件的發(fā)展方向 MEMS技術(shù)的特點(diǎn)：3個(gè)M概括，即小尺寸（小

7、尺寸（miniaturization）、多）、多樣化樣化(multiplicity)、微電子、微電子(microelectronics) (1) 光學(xué)領(lǐng)域光學(xué)領(lǐng)域 MEMS在光技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用較廣泛，已經(jīng)形成MEMS技術(shù)中的一個(gè)重要分支技術(shù)即微光機(jī)電系統(tǒng)（MOEMS: micro-opto- electro-mechanical systems）； MEMS技術(shù)與不同的技術(shù)相結(jié)合，便會(huì)產(chǎn)生一種新型的MEMS器件。 (2) 運(yùn)輸與航空航天運(yùn)輸與航空航天 大量MEMS傳感器的使用可以實(shí)現(xiàn)汽車(chē)的智能駕駛及無(wú)人駕駛。在航天方面，MEMS器件的質(zhì)量輕、尺寸小的優(yōu)勢(shì)得到了很好的發(fā)揮,微衛(wèi)星和納米衛(wèi)星的研制

8、應(yīng)運(yùn)而生；(3) 科學(xué)儀器科學(xué)儀器 具有智能化、多功能化、高靈敏度優(yōu)勢(shì)的MEMS技術(shù)，給科學(xué)儀器帶來(lái)巨大的變革，產(chǎn)生了各種微小型MEMS專(zhuān)用儀器；半導(dǎo)體器件原理2009.06.15Institute of Microelectronics Circuit & System-7-(4) RF MEMS器件器件：利用MEMS技術(shù)制作的射頻器件，可以提高器件功率效率，與傳統(tǒng)的IC技術(shù)兼容，使得單片集成成為可能，并且具有體積小、重量輕、成本低、性能優(yōu)越等優(yōu)點(diǎn).第三章第三章 雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管-3.微電子器件的發(fā)展方向微電子器件的發(fā)展方向vRF MEMS開(kāi)關(guān)與現(xiàn)有的半導(dǎo)體FET或PIN

9、二極管開(kāi)關(guān)相比，其優(yōu)點(diǎn)是 ：（1）減少了開(kāi)關(guān)動(dòng)作中的電阻損耗，其中靜電式RF MEMS開(kāi)關(guān)動(dòng)作所需要的功耗僅功耗僅為納焦耳數(shù)量級(jí)為納焦耳數(shù)量級(jí)；（2）有很高的隔離度很高的隔離度；（3）改善了開(kāi)關(guān)的互調(diào)失真和開(kāi)關(guān)的負(fù)載互調(diào)失真和開(kāi)關(guān)的負(fù)載能力；能力；（4）多種微加工技術(shù)使得RF MEMS開(kāi)關(guān)可可以做在多種襯底上以做在多種襯底上。半導(dǎo)體器件原理2009.06.15Institute of Microelectronics Circuit & System-8-第三章第三章 雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管-3.微電子器件的發(fā)展方向微電子器件的發(fā)展方向 概念概念 ：生物芯片（Biochip）-計(jì)

10、算機(jī)芯片。由于最初的生物芯片的主要目標(biāo)是用于DNA序列的測(cè)定、基因表達(dá)譜鑒定和基因突變的檢測(cè)和分析，所以又被稱(chēng)為基因芯片（Genechip）或DNA芯片 由來(lái)由來(lái)-今后醫(yī)療手段的發(fā)展方向，將由現(xiàn)在的治療醫(yī)療向?qū)?lái)的預(yù)防醫(yī)療轉(zhuǎn)變，同時(shí)實(shí)現(xiàn)早期發(fā)現(xiàn)、早期診斷和早期治療。因此，對(duì)一些疾病的先期預(yù)兆，如血糖等生化指標(biāo)的變化，以及某些基因的突變進(jìn)行有效、簡(jiǎn)便、快速、準(zhǔn)確的測(cè)定，愈發(fā)引起醫(yī)療業(yè)界的關(guān)注。3. 生物芯片技術(shù)生物芯片技術(shù) 芯片分析實(shí)際上也是傳感器分析的組合傳感器分析的組合。半導(dǎo)體器件原理2009.06.15Institute of Microelectronics Circuit & S