Кремниевые нанотранзисторы

Кремний, несмотря на многократные попытки, направленные на разработку приборов из альтернативных материалов (GaAs, SiC и т.д.), остается основным материалом электронной индустрии. В этих условиях кремниевые МДП-транзисторы – основные активные элементы ИМС. Как показывают теоретические оценки, подтвержденные действующими экспериментальными образцами, при уменьшении длины канала вплоть до 6 нм, МДП-транзистор сохраняет высокую крутизну ВАХ с отношением токов (открыт /закрыт) порядка 10⁸, что необходимо для реализации логических функций.

Конструкция современных кремниевых МДП-нанотранзисторов в соответствии с рисунком 6.20, несколько отличается от конструкции традиционных МДП-транзисторов, рассмотренных в разделе 1.

Рисунок 6.20 – Кремниевый трехзатворный нанотранзистор, изготовленный по технологии SIMOX

Кремниевые МДП-нанотранзисторы изготавливают по технологии «кремний на диэлектрике» (КНД). Данная технология рассматривается всеми ведущими электронными фирмами в мире как основа для создания сверхбыстродействующих ИМС, работающих в диапазонах частот в десятки и даже сотни ГГц при напряжении питания в доли вольта. Для создания таких структур в настоящее время в промышленности широко используют технологию «изоляции скрытым окислом» – SIMOX (от анг. – Separation by IMplanted OXide), позволяющую получать заглубленный слой диэлектрика (SiO₂) под поверхностью кремния имплантацией ионов кислорода.

Двуокись кремния, неизменный материал диэлектрика для кремниевых МОП-микротранзисторов, в нанотранзисторах заменяется слоем диэлектрика с высокой диэлектрической проницаемостью (high-K). С этой целью используют различные материалы: Al₂O₃, ZrO₂, HfO₂ и т.д. Вместо поликремниевого материала затвора в них используют специальный металлический сплав. Канал нанотранзистора имеет форму бруска, лежащего на толстом слое двуокиси кремния. В области канала брусок с трех сторон «обернут» слоем подзатворного диэлектрика (трехзатворный транзистор).

По сообщениям представителей фирма Intel таким способом были изготовлены экспериментальные образцы транзисторов с длинами канала 35 и 20 нанометров. Новый транзистор с длиной затвора 20 нм позволит создать к 2007г. микропроцессоры, которые будут содержать порядка 10⁹ транзисторов и работать на частоте до 20 ГГц при напряжении питания менее одного вольта.

Технология КНД уже практически используется для производства наиболее современных и массовых микропроцессоров серии Pentium и Athlon компаниями AMD и Intel.