 |
|||||||||
 |
2018, том 16, выпуск 4 |
|
|||||||
|
|||||||||
Выпуски/2018/том 16 /выпуск 4 |
Yu. O. Kruglyak
«Physics of Nanotransistors: a 2D Electrostatics of Metal–Oxide–Semiconductor and Model of the Virtual Source»
0599–0631 (2018)
PACS numbers: 72.80.Ey, 85.30.De, 85.30.Tv, 85.40.Bh
Подробно рассмотрена электростатика MOS. 1D-электростатика изгибает зоны, понижает барьер и позволяет потоку электронов двигаться от истока к стоку. 2D-электростатика деградирует транспорт электронов в полевых транзисторах, увеличивая подпороговый разброс и вызывая DIBL, который в свою очередь увеличивает выходную проводимость и уменьшает пороговое напряжение в короткоканальных транзисторах. Количественный учёт 2D-электростатики требует численного подхода; вместе с тем, все существенные эффекты физически понятны. 2D-электростатика разрушает функционирование транзисторов и приводит к: 1) подпороговому разбросу, большему, чем фундаментальный предел в 60 мВ/декада; 2) сдвигу проходных характеристик log10IDS ? VGS влево при увеличении напряжения на стоке (DIBL); 3) возникновению порога в зависимости от параметров затвора и напряжения на стоке; 4) низкому выходному сопротивлению. Когда эффекты 2D-электростатики сильны, затвор теряет контроль над током, и транзистор претерпевает пробой. Поскольку эти эффекты проявляются сильнее в короткоканальных транзисторах, их ещё называют эффектами короткого канала. По мере того как транзисторы становятся всё меньше и меньше, основной вызов, с которым встречаются схемотехники, сводится к контролю короткоканальных эффектов. Как правило, требуется численное моделирование. Возвращаясь к уравнению для тока, видим, что зависимость заряда от напряжений в локации виртуального истока имеет вполне приемлемое физическое объяснение. Что же касается скорости в этом уравнении, то далее построена адекватная физическая картина транспортных явлений в нанотранзисторах, исходя из обобщённой модели транспорта электронов ЛДЛ, и установлена связь её с традиционным подходом «сверху–вниз».
Keywords: nanoelectronics, field effect transistor, MOSFET, 2D electrostatics, transistor metrics, transistor control, virtual source
References
1. Yu. A. Kruglyak, Nanosistemi, Nanomateriali, Nanotehnologii, 16, No. 2: 201 (2018) (in Russian).2. Yu. A. Kruglyak, Nanosistemi, Nanomateriali, Nanotehnologii, 16, No. 2: 233 (2018) (in Russian).
3. Yu. A. Kruglyak, Nanosistemi, Nanomateriali, Nanotehnologii, 16, No. 3: 465 (2018) (in Russian).
4. R. F. Pierret, Semiconductor Device Fundamentals (New York: Addison Wesley: 1996).
5. B. Streetman and S. Banerjee, Solid State Electronic Devices (New York: Prentice Hall: 2005).
6. Y. Tsividis and C. McAndrew, Operation and Modeling of the MOS Transistor (New York: Oxford Univ. Press: 2011).
7. Y. Taur and T. Ning, Fundamentals of Modern VLSI Devices (New York: Oxford Univ. Press: 2013).
8. D. Frank, Yuan Taur, and H.-S. Philip Wong, IEEE Device Research Conf. Technical Digest, 18-21 (1999).
9. D. Frank, Yuan Taur, and H.-S. Philip Wong, IEEE Electron Device Lett., 19: 385 (1998). https://doi.org/10.1109/55.720194
10. J. Wang, P. Solomon, and M. Lundstom, IEEE Trans. Electron Dev., 51: 1361 (2004). https://doi.org/10.1109/TED.2004.833962
11. Q. Xie, J. Xu, and Yu. Taur, IEEE Trans. Electron Dev., 59: 1569 (2012). https://doi.org/10.1109/TED.2012.2191556
12. R. Koh, H. Kato, and H. Matsumoto, Jap. J. Appl. Phys., 35, Pt. 1, No 2B: 996 (1996). https://doi.org/10.1143/JJAP.35.996
13. R. H. Dennard, F. H. Gaensslen, H.-N. Yu, V. L. Ridout, E. Bassous, and A. R. LeBlanc, IEEE J. Solid-State Circuits, 51: 256 (1974). https://doi.org/10.1109/JSSC.1974.1050511
14. Ch. Hu, Modern Semiconductor Devices for Integrated Circuits (London: Pearson India: 2009).
15. Ch. Hu, What Else Besides FinFET?, www.synopsys.com/community/resources/events/keynote-finfet.html.
16. X. Huang, W.-C. Lee, C. Kuo, D. Hisamoto, L. Chang, J. Kedzierski, E. Anderson, H. Takeuchi, Y.-K. Choi, K. Asano, V. Subramanian, T.-J. King, J. Bokor, and Ch. Hu, International Electron Devices Meeting. Technical Digest, 67 (1999).
17. M. Ieong, B. Doris, J. Kedzierski, K. Rim, and M. Yang, Science, 306: 2057 (2004). https://doi.org/10.1126/science.1100731
18. A. Khakifirooz, O. M. Nayfeh, and D. A. Antoniadis, IEEE Trans. Electron Dev., 56: 1674 (2009). https://doi.org/10.1109/TED.2009.2024022
19. E. O. Johnson, RCA Review, 34: 80 (1973). https://doi.org/10.2307/2689035
20. S. Datta, Lessons from Nanoelectronics: A New Perspective on Transport (Singapore: World Scientific: 2012). https://doi.org/10.1142/8029
21. M. Lundstrom and C. Jeong, Near-Equilibrium Transport. Fundamentals and Applications (Singapore: World Scientific: 2013).
22. Yu. O. Kruhliak and M. V. Strikha, Ukr. Fiz. Zhurn. Ohlyady, 10: 3 (2015) (in Ukrainian).
23. Yu. A. Kruglyak, Nanoehlektronika 'Snizu-Vverkh' (Odessa: TES: 2015) (in Russian).
24. S. Datta, Lessons from Nanoelectronics. Part A: Basic Concepts (Singapore: World Scientific: 2017). https://doi.org/10.1142/10440-vol1
25. M. Lundstrom, Fundamentals of Nanotransistors (Singapore: World Scientific: 2018); www.nanohub.org/courses/NT.
26. D. J. Frank, R. H. Dennard, E. Nowak, P. M. Solomon, Yuan Taur, and H.-S. Philip Wong, Proc. IEEE, 89: 259 (2001). https://doi.org/10.1109/5.915374
27. J. Appenzeller, Y.-M. Lin, J. Knoch, and Ph. Avouris, Phys. Rev. Lett., 93: 196805-1 (2004). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.93.196805
28. S. Salahuddin and S. Datta, Nano Lett., 8: 405 (2008). https://doi.org/10.1021/nl071804g
29. G. Gildenblat, X. Li, W. Wu, H. Wang, A. Jha, R. van Langevelde, G. D. J. Smit, A. J. Scholten, and D. B. M. Klassen, IEEE Trans. Electron Dev., 53: 1979 (2006). https://doi.org/10.1109/TED.2005.881006
30. G. T. Wright, Electron Lett., 21: 221 (1985). https://doi.org/10.1049/el:19850157
31. A. L. Steegen, R. Mo, R. Mann et al., International Electron Devices Meeting. Technical Digest, 64 (2005).
 Все статьи доступны по Лицензии Creative Commons “Attribution-NoDerivatives” («атрибуция — без производных статей») 4.0 Всемирная ©2003—2021 НАНОСИСТЕМЫ, НАНОМАТЕРИАЛЫ, НАНОТЕХНОЛОГИИ Институт металлофизики им. Г.В. Курдюмова Национальной Академии наук Украины. Электронная почта: tatar@imp.kiev.ua Телефоны и адрес редакции О сборнике Пользовательское соглашение |