Nghiên cứu nâng cao đặc tính mosfet bằng cách thay đổi vật liệu lớp cách điện

Việc mở rộng quy mô của chất bán dẫn oxide metal bổ sung CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) đã dẫn đến lớp SiO2 (Silicon dioxide) được sử dụng làm điện môi cổng trở nên quá mỏng (~1.4 nm) làm cho dòng điện rò cổng quá lớn.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu nâng cao đặc tính mosfet bằng cách thay đổi vật liệu lớp cách điện Hội nghị Quốc gia lần thứ 23 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2020) Nghiên Cứu Nâng Cao Đặc Tính MOSFET Bằng Cách Thay Đổi Vật Liệu Lớp Cách Điện Tô Hồng Tân, Võ Đình Hiếu và Thân Hồng Phúc* Khoa Điện – Điện tử, Trường Công Nghệ, Đại Học Duy Tân 3 Quang Trung, Hải Châu, Đà Nẵng, Việt Nam Email: thanhongphuc@duytan.edu.vnAbstract— Việc mở rộng quy mô của chất bán dẫn oxide tác giả đã tìm hiểu và nghiên cứu cách thức hoạt độngmetal bổ sung CMOS (Complementary Metal Oxide của bóng bán dẫn transistor hiệu ứng trường MOSFETSemiconductor) đã dẫn đến lớp SiO2 (Silicon dioxide) (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor),được sử dụng làm điện môi cổng trở nên quá mỏng (~1.4 các vật liệu được sử dụng làm đế bán dẫn MOSFET,nm) làm cho dòng điện rò cổng quá lớn. Do đó, thay thế các vật liệu cách điện mới được sử dụng làm điện môiSiO2 bằng một vật liệu oxide mới có độ dày vật lý lớn cổng MOSFET, cũng như những khó khăn trong việchơn và có hằng số điện môi cao hơn (high-k) như HfO2, đưa được những vật liệu mới vào sử dụng và việc phảiAl2O3 là cần thiết. Bằng cách sử dụng các vật liệu high-k thu nhỏ MOSFET ở mức tối ưu nhất.này, chúng ta có thể tăng độ dày của lớp cách điện đểgiảm dòng rò cổng nhưng vẫn đảm bảo duy trì được tính Để đáp ứng được nhu cầu ngày càng phát triển củanăng của bóng bán dẫn MOSFET (Metal Oxide công nghệ, ngành bán dẫn đã thay đổi liên tục và phátSemiconductor Field Effect Transistor). Tuy nhiên, triển rất nhanh trong những năm qua. Theo sau sự phátnhững vật liệu high-k này lại có các đặc tính điện tử kém triển đó là các thiết bị bán dẫn ngày càng được thiết kếhơn SiO2, chẳng hạn như xu hướng kết tinh và nồng độ nhỏ lại nhờ đưa vào sử dụng vật liệu Si (Silicon), mà từcao của các khiếm khuyết điện tử. Vì vậy, các nghiên cứu đó chúng ra đã tạo ra được những tấm Si Wafer. Trênchuyên sâu đang được tiến hành để phát triển các vật các tấm Si Wafer đó cho phép chúng ta tăng rất nhiềuliệu oxide này thành các vật liệu mới có tính năng vượt số lượng transistor, nhờ vậy mới tăng được hiệu suấttrội và độ tin cậy cao. Ngoài ra, ứng dụng phần mềm mô làm việc lên rất nhiều lần. Tuy nhiên với nhu cầu phátphỏng NanoHUB trong nghiên cứu vật liệu và linh kiệnbán dẫn cũng được đề cập trong bài báo này. triển ngày càng cao, chúng ta lại phải nghiên cứu ra được những chất bán dẫn mới có thể cho phép thiết kế Keywords- Vật liệu cách điện, metal oxide nhỏ hơn nữa và có các đặc tính vật lý tối ưu hơn nhưngsemiconductor field effect transistor (MOSFET), mô vẫn phải đảm bảo duy trì độ ổn định bởi Si gần như đãphỏng, NanoHUB. đến giới hạn về các đặc tính vật lý. Vì vậy, vấn đề đang đặt ra là cần phải tìm ra một vật liệu bán dẫn mới có thể đáp ứng mọi yêu cầu trên và phải tốt hơn Si để có I. GIỚI THIỆU thể sớm thay thế cho Si [1 – 5]. Vào năm 1945, chiếc máy tính đầu tiên được ra đờicó tên là ENIAC, ENIAC có thể tính toán các phép tính Để đáp ứng yêu cầu về chi phí thấp hơn nữa,trong vòng 30 phút trong khi con người phải mất một ngành công nghiệp bán dẫn đã giảm đáng kể kíchngày mới thực hiện xong. Thế nhưng ENIAC lại nặng thước trong khi đó vẫn phải đảm bảo duy trì tính năngđến 30 tấn, với diện tích chiếm hết một căn phòng và tối thiểu để chế tạo vi mạch tích hợp đến phạm vi nmtiêu tốn năng lượng rất lớn. (nanomet). Việc giảm kích thước tỷ lệ với việc nâng cao tính năng của bóng bán dẫn MOSFET. Trong Ngày nay, máy tính hay các thiết bị điện tử như MOSFET, sự giảm liên tục về độ dày lớp cách điệnđiện thoại thông minh là những thứ thiết yếu không thểthiếu được cho mỗi cá nhân. Điều này đã chứng minh SiO2 – vật liệu thông dụng nhất được sử dụng làmcho ...