Выпуски

 / 

2018

 / 

том 16 / 

выпуск 4

 



Завантажити повну версію статті (в PDF форматі)

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

Докладно розглянуто електростатику MOS. 1D-електростатика вигинає зони, понижує бар’єр і уможливлює потоку електронів рухатися від витоку до стоку. 2D-електростатика деґрадує транспорт електронів у польових транзисторах, збільшуючи підпороговий розкид і викликаючи DIBL, який, в свою чергу, збільшує вихідну провідність і зменшує граничну напругу в короткоканальних транзисторах. Кількісне врахування 2D-електростатики вимагає чисельного підходу; разом з тим, всі істотні ефекти фізично зрозумілі. 2D-електростатика руйнує функціонування транзисторів і призводить до: 1) підпорогового розкиду, більшого, ніж фундаментальна границя у 60 мВ/декада; 2) зсуву прохідних характеристик log10IDS ? VGS вліво при збільшенні напруги на стоці (DIBL); 3) виникнення порогу, залежно від параметрів затвора та напруги на стоці; 4) низького вихідного опору. Коли ефекти 2D-електростатики є сильними, затвор втрачає контроль над струмом, і транзистор зазнає пробою. Оскільки ці ефекти проявляються сильніше у короткоканальних транзисторах, їх ще називають ефектами короткого каналу. У міру того, як транзистори стають все менше і менше, основний виклик, з яким зустрічаються схемотехніки, зводиться до контролю короткоканальних ефектів. Як правило, потрібно чисельне моделювання. Повертаючись до рівняння для струму, бачимо, що залежність заряду від напруги в локації віртуального витоку має цілком прийнятне фізичне пояснення. Що ж стосується швидкости в цьому рівнянні, то далі побудовано адекватну фізичну картину транспортних явищ у нанотранзисторах на основі узагальненого моделю транспорту електронів ЛДЛ і встановлено зв’язок його з традиційним підходом «зверху–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).
Creative Commons License
Усі статті ліцензовано на умовах Ліцензії Creative Commons із зазначенням авторства — без похідних 4.0 Міжнародна
©2003—2020 НАНОСИСТЕМЫ, НАНОМАТЕРИАЛЫ, НАНОТЕХНОЛОГИИ Институт металлофизики им. Г.В. Курдюмова Национальной Академии наук Украины.

Електрона пошта: tatar@imp.kiev.ua Телефони та адреса редакції Про збірник Угода користувача