Субмикронные интегральные схемы: элементная база и проектирование. Рындин Е.А - 26 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТТИ ЮФУ | Таганрог

Составители: 

Рубрика: 

51
сей в канале и температуры, туннельный эффект и баллистический пролет носите-
лей [47, 48]:
(
)
(
)
()
()
(
)
;
2
,,
,,
exp5.0
,,
exp
2
,
0
ï
þ
ï
ý
ü
ú
ú
ú
û
ù
ê
ê
ê
ë
é
´
ï
î
ï
í
ì
´´
´
ú
ú
û
ù
ê
ê
ë
é
+
÷
÷
ø
ö
ç
ç
è
æ
-
-=
+-
÷
ø
ö
ç
è
æ
-×-
D
m
eU
N
E
T
v
N
E
T
v
l
L
N
E
T
v
UU
P
N
U
T
N
We
C
K
Д
Р
K
Д
Р
СР
K
Д
Р
CЗ
T
И
T
З
C
C
j
j
w
(4)
()
()
()
()
ú
ú
û
ù
ê
ê
ë
é
÷
÷
ø
ö
ç
ç
è
æ
×
--
=
TvL
U
NTE
T
v
NTE
v
Н
C
K
Н
K
ДР
,,
exp1
,,
m
; (5)
()
(
)
()
ú
ú
û
ù
ê
ê
ë
é
+-
D
×
-
D
×
×-
=
UU
h
em
U
L
UU
P
CЗ
З
CЗ
T
j
jp
0
0
2
3
8
exp
2/3
,
, (6)
где I
C
– ток стока ПТШ со статической индукцией; U
З
– напряжение затвор-исток;
U
C
– напряжение сток-исток; L – длина канала; l
CP
– средняя длина свободного про-
бега носителей; e – заряд электрона; m – масса электрона; W – ширина канала; w -
средняя толщина канала (полусумма оснований трапеции в сечении канала (см. рис.
33)); T – абсолютная температура; E – напряженность электрического поля в канале;
N
K
– концентрация примесей в области канала; N
И
– концентрация примесей в об-
ласти истока; N
C
– эффективная плотность состояний в зоне проводимости; v
ДР
(E, T,
N
K
) – средняя скорость дрейфа носителей; v
H
(T) – скорость насыщения; m(E, T, N
K
) –
подвижность носителей; P
T
(U
З
, U
C
) – вероятность туннелирования носителей через
потенциальный барьер; h – постоянная Планка; Dj
0
– равновесная высота потенци-
ального барьера.
Учитывая, что предполагаемая длина канала СИТ не должна превышать 100
нм, данная аналитическая модель позволяет произвести лишь приближенную оцен-
ку ВАХ транзисторов. Она получена при следующих допущениях:
- для рассматриваемого диапазона температур (27 - 700
о
С для SiC) электрон-
ный газ в канале транзистора можно считать невырожденным;
- высота потенциального барьера не зависит от напряжения стока;
- напряженность поля в канале распределена равномерно по длине канала;
- отсутствует эффект всплеска скорости насыщения носителей в канале;
- вероятность туннелирования носителей заряда учитывается в квазиклассиче-
ском приближении;
- баллистический пролет носителей в канале учитывается в приближении вре-
мени релаксации импульса.
52
Выходные ВАХ СИТ с барьером Шоттки приобретают пентодный характер
по мере уменьшения длины канала L за счет эффекта насыщения скорости дрейфа
носителей при повышении напряженности электрического поля в канале (рис. 36).
При длинах канала более 250 нм выходные ВАХ близки к линейным (см. рис. 36,а).
Представленные ВАХ получены с помощью моделей (4), (5), (6) n-канальных СИТ
на основе карбида кремния (политип 4Н) с минимальным топологическим размером
l = 0,2 мкм и шириной канала W = 2l при температуре 500
о
С.
а б
Рис. 36. Выходные ВАХ СИТ с барьером Шоттки
Большие значения тока стока (до 300 мА) объясняются высокой крутизной
СИТ при малой длине канала (L = 30 нм), а также высокой плотностью тока термо-
эмиссии при повышенных рабочих температурах [47].
Поскольку выходные ВАХ транзисторов имеют пентодный характер, пред-
ставляет интерес исследование возможности создания сверхбыстродействующих
интегральных логических элементов СБИС на основе СИТ с барьером Шоттки. Ни-
же приведены оценки параметров SiC-инвертора на основе комплементарных СИТ
(рис. 37) с использованием физико-топологической модели (4), (5), (6). На рис. 38
приведена температурная зависимость времени задержки инвертора, полученная
при следующих значениях исходных данных: минимальный топологический размер
l = 0,2 мкм; длина канала транзисторов L = 30 нм; ширина канала n-типа W
n
= 2l;
ширина канала р-типа W
р
= 20l; концентрация примесей в областях каналов N
K
=
10
14
см
-3
; напряжение питания U
ПИТ
= 1,2 В; коэффициент разветвления по выходу К
= 2. Емкости межэлементных соединений не учитывались. Энергия переключения
инвертора составила Pt = 12,3 фДж, максимальная частота переключения f
max
= 355
ГГц при температуре 400
o
C [47].
На рис. 39, 40 приведены зависимости прогнозируемых величин времени за-
держки и энергии переключения инвертора от длины каналов транзисторов, рассчи-
танные для температуры 500
o
C.

Страницы