DOI: https://doi.org/10.18524/1815-7459.2019.1.159485

ФІЗИКА НАНОТРАНЗИСТОРІВ: ТЕОРІЯ MOSFET В ТРАДИЦІЙНОМУ ВИКЛАДІ, ОСНОВИ МОДЕЛІ ВІРТУАЛЬНОГО ВИТОКУ Й НАБЛИЖЕННЯ ВИСНАЖЕННЯ

Ю. О. Кругляк, М. В. Стріха

Анотація


У другій із серії методично-оглядових статей, орієнтованих на дослідників, студентів, аспірантів та викладачів вищої школи, розглянуто традиційну теорію MOSFET. Обговорюються найбільш істотні ідеї звичного підходу, який отримав також назву «згори – вниз». Ми обмежилися моделюванням лінійної області та області насичення вольт-амперних характеристик. Показано, що істотні риси традиційного підходу можуть служити відправною точкою при аналізі багато в чому зовсім іншої фізичної картини процесів у нанотранзисторах. Традиційна модель MOSFET була викладена в формі, близькій до моделі віртуального витоку. Застосування цієї вдосконаленої моделі до сучасних нанотранзисторів виявилося напрочуд вдалим, що є наслідком врахування електростатики MOS через такий істотний чинник, як контроль висоти бар’єру між витоком і каналом з боку затвору.

Найслабшим місцем цієї моделі є опис транспорту електронів, оскільки він базується на використанні таких понять як рухливість і швидкість насичення. Саме тому ці дві метрики й були обрані як параметри теорії, вибір яких дозволяв отримати відповідність із експериментальними даними. У наступних статтях серії ми повернемося до глибшого розгляду електростатики MOSFET і покажемо, як можна коректніше описати підпорогову й надпорогову області. Результатом цього стане покращена модель віртуального витоку, проте, рухливість і швидкість насичення все ще залишаться її параметрами. Потому ми побудуємо схему коректнішого опису транспорту електронів і завершимо таким чином формування моделі віртуального витоку, застосовної до сучасних нанотранзисторів з довжиною каналу провідності порядку 10 нм.


Ключові слова


наноелектроніка; польовий транзистор; вольт-амперні характеристики; метрика транзисторів; управління транзисторами; віртуальний витік

Повний текст:

PDF

Посилання


S. R. Hofstein, F. P. Heiman, Proc. IEEE, 1190 – 1202 (1963).

C. T. Sah, IEEE Trans. Electron Dev., 11: 324 – 345 (1964).

H. Shichman, D. A. Hodges, IEEE J. Solid State Circuits, SC-3: (1968).

B. J. Sheu, D. L. Scharfetter, P.-K. Ko, M.-C. Jeng, IEEE J. Solid State Circuits, SC-22: 558 – 566 (1987).

Yu. A. Kruglyak, M. V. Strikha. Sensorna elektronika i mikrosystemni tekhnolohii. 15, No 4, 18 – 40 (2018).

R. F. Pierret, Semiconductor Device Fundamentals (New York: Addison-Wesley: 1996).

B. Streetman, S. Banerjee, Solid State Electronic Devices (New York: Prentice Hall: 2005).

Y. Tsividis, C. McAndrew, Operation and Modeling of the MOS Transistor (New York: Oxford Univ. Press: 2011).

Y. Taur, T. Ning, Fundamentals of Modern VLSI Devices (New York: Oxford Univ. Press: 2013).

M. Vikulin, V. I. Stafeev, Fizika poluprovodnikovyh priborov (Moskva: Radio i svyaz’: 1990).

C. G. Sodini, P.-K. Ko, J. L. Moll, IEEE Trans. Electron Dev., 31: 1386 – 1393 (1984).

C. Geong, D. A. Antoniadis, M. S. Lundstrom, IEEE Trans. Electron Dev., 56: 2762 – 2769 (2009).

Y. Liu, M. Luisier, A. Majumdar, D. Antoniadis, M. S. Lundstrom, IEEE Trans. Electron Dev., 59: 994 – 1001 (2012).

Khakifirooz, O. M. Nayfeh, D. A. Antoniadis, IEEE Trans. Electron Dev., 56: 1674 – 1680 (2009).

M. Lundstrom, Fundamentals of Nanotransistors (Singapore: World Scientific: 2018); www.nanohub.org/courses/NT.

Yu. A. Kruglyak, M. V. Strikha. Ukrainskyi fizychnyi zhurnal. Ohliady, 10, 3 – 32 (2015).

S. M. Sze, Ming-Kwei Lee. Semiconductor Devices: Physics and Technology (John Wiley and Sons: New York: 2012).

Chenming Hu, Modern Semiconductor Devices for Integrated Circuits (London, UK: Pearson India: 2009).

M. Lundstrom, Xingshu Sun, Notes on the Solution of the Poisson – Boltzmann Equation for MOS Capacitors and MOSFETs (West Lafayette, Indiana: Purdue University, USA); www.nanohub.org/resources/5338.




Copyright (c) 2019 Сенсорна електроніка і мікросистемні технології

Creative Commons License
Ця робота ліцензована Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

ISSN 1815-7459 (Print), 2415-3508 (Online)