ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КМОП ТРАНЗИСТОРОВ С ТРЁХМЕРНОЙ СИСТЕМОЙ ЗАТВОРА

РЕФЕРАТ 2
СОДЕРЖАНИЕ 3
ВВЕДЕНИЕ 5
1 Мультизатворные транзисторы 7
1.1 Закон Мура 7
1.2 Проблемы масштабирования 9
1.3 Мультизатворные полевые транзисторы 10
1.4 FinFET транзисторы 16
1.5 Компактные модели 19
1.6 Компактная модель FinFET 20
1.7 Первая общепринятая компактная модель BSIM 21
1.8 Аналитическая модель расчета 22
1.9 Преимущества Finfet транзисторов перед обычными КМОП транзисторами 28
1.10 Характеристики транзисторов 29
1.10.1 Шаг и ширина ребер 29
1.10.2 Характеристики ввода/вывода 31
1.10.3 Емкости транзисторов 33
1.10.4 Вариации транзисторов 34
1.10.5 Вольт-амперные характеристики 35
1.10.6 Межсоединения 38
1.10.7 Сопротивление 39
1.10.8 Емкость 41
1.11 Разработка нано-КМОП-ячейки 41
2 Напыление тонких пленок 43
2.1 Магнетронное напыление 43
2.2 Модели формирования тонких пленок 46
2.3 Cвойства тонких пленок 49
3 Компактная модель 51
3.1 Моделирование в программе Cadence Virtuoso 51
3.2 Сопоставление данных из эксперимента и данных из результатов моделирования 56
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 62
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 65

Весь текст будет доступен после покупки

Неотъемлемой частью каждого компьютера является процессор, который лежит в основе компьютера и обрабатывает большую часть информации. В мире практически не осталось областей, где бы не использовались компьютеры и, как следствие, процессоры.
Актуальность данной темы заключается в том, что процессоры лежат в основе всей современной компьютерной техники. Это обеспечивает работу современных станков, контроль технологических процессов на производстве, связь на всех уровнях (от межгосударственного до бытового). С помощью нее проводятся сложные и трудоемкие расчеты, что значительно ускоряет процессы конструирования, разработки, фундаментальные исследования, то есть задает темпы прогресса. И в зависимости от того, как будет в будущем меняться мощность этой маленькой детали, будет зависеть производительность всей компьютерной техники в целом.
FinFET транзисторы – это новейший способ проектирования схем, благодаря которому с помощью объемного затвора транзистора, имеющего форму плавника, увеличивается эффективность ширины затвора при этом имея идентичную площадь ячейки.
Такой транзистор имеет плавник (fin), являющийся областью диффузии для истока и стока, и окружён затвором. Такие транзисторы описываются следующими параметрами: толщина плавника, длина канала и высота плавника.
Целью данной работы является создание компактной модели FinFET транзистора.
Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:
– изучение модели переноса основных и неосновной носителей заряда в базе полевого транзистора;
– выяснить зависимость ширины запрещённой зоны от концентрации донорных и акцепторных примесей;
– уточнить зависимость подвижностей электронов и дырок в полупроводниках от величины приложенного напряжения. Получить выражение для скорости насыщенного движения электронов и дырок и получить выражение для плотности насыщенного тока.
– разработать компактную модель FinFET транзистора.

Весь текст будет доступен после покупки

1 Мультизатворные транзисторы

1.1 Закон Мура

Микроэлектронные устройства на основе кремния произвели революцию в нашем мире за последние четыре десятилетия. Все началось с изобретения интегральной схемы в конце 1950-х годов, которая открыла возможность использования транзисторов практически во всех видах электронных схем [1].
Следующий крупный прорыв произошел с демонстрацией первого металлоксидного полупроводникового полевого транзистора (MOSFET) в 1960 году, который позволил экономически эффективно интегрировать большое количество транзисторов с межсоединениями на одном кремниевом чипе [2].
Пять лет спустя Гордон Мур сделал очень важное наблюдение, что количество компонентов на интегральных схемах минимальной стоимости увеличивалось примерно в два раза каждый год [3]. Затем то наблюдение стали называть законом Мура [4].
Закон Мура действовал даже 40 лет спустя, и он стал больше похож на самоисполняющееся пророчество. Индустрия пыталась достичь цели, поставленной Законом Мура, предполагая, что цель будет достигнута ее конкурентами любой ценой. На рисунке 1 показан график роста количества транзисторов в микропроцессорах Intel.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Kilby, J. S. Invention of the Integrated Circuit / J. S. Kilby // IEEE Trans. Electron Devices. – 2017. – Vol. 23, № 10. – P. 648–654.
2. A new interdigitated array microelectrode-oxide-silicon sensor with label-free, high sensitivity and specificity for fast bacteria detection / Xiaohui Tang, Denis Flandre, Jean-Pierre Raskin, et al. // Sensors and Actuators B: Chemical. – 2011. – №156. – P. 578-587.
3. Simulation of Redox-Cycling Phenomena at Interdigitated Array (IDA) Electrodes: Amplification and Selectivity/ M. Odijk, W. Olthuis, V. A. T. Dam, et al. // Electroanalysis. – 2008. – №5. – P. 463-468.
4. A polyaniline-containing filter paper that acts as a sensor, acid, base, and endpoint indicator and also filters acids and bases / D. Dutta, T. K. Sarma, D. Chowdhury, A. Chattopadhyay et al. // Academic Press. – 2005. – №1. – P. 153–159.
5. Fabrication of an ammonia gas sensor using inkjet-printed polyaniline nanoparticles / K. Crowley, A. Morrin, A. Hernandez et al. // Talanta. – 2008. – №77. – P. 710–71.
6. Graphene-modified Interdigitated Array Electrode: Fabrication, Characterization, and Electrochemical Immunoassay Application / Y. Ueno, K. Furukawa, K. Hayashi, et al. // ANALYTICAL SCIENCES. – 2013. – №29. – P. 55–60.
7. Au-IDA microelectrodes modified with au-doped graphene oxide for the simultaneous determination of uric acid and ascorbic acid in urine samples / A. Abellán-Llobregat1, L. Vidal, R. Rodríguez-Amaro, et al. // Electrochimica Acta. – 2017. – №227. – P. 275–284.
8. Vashist S.K. Recent advances in electrochemical biosensing schemes using graphene and graphene-based nanocomposites / S. K. Vashist, J. H. T. Luong // Carbon. – 2015. – № 84. – P. 519–550.
9. Synthesis of graphene-based nanosheets via chemical reduction of exfoliated graphite oxide / S. Stankovich, D. A. Dikin, R. D. Piner, et al. // Carbon. – 2007. – №45. – P. 1558–1565.
10. Dense high-aspect ratio 3D carbon pillars on interdigitated microelectrode arrays/ L. Amato, A. Heiskanen, R. Hansen, et al. // Carbon. – 2015. – №94. – P. 792-803.
11. Cowlard F. C. Vitreous carbon — A new form of carbon / F. C. Cowlard J. C. Lewis // Journal of Materials Science. – 1967. – № 6. – P. 507–512.
12. Wang J. Screen-Printable Sol − Gel Enzyme-Containing Carbon Inks / J. Wang, P. V. A. Pamidi, D. S. Park // Analytical Chemistry. – 1996. – № 15. – P. 2705–2708.
13. Antiochia R. A new osmium-polymer modified screen-printed graphene electrode for fructose detection / R. Antiochia, L. Gorton // Sensors and Actuators. – 2014. – № 7. – P. 287–293.
14. Amperometric Glucose Biosensor Based on Adsorption of Glucose Oxidase at Platinum Nanoparticle-Modified Carbon Nanotube Electrode / H. Tang, J. Chen, S. Yao et al. // Analytical Biochemistry. – 2004. – №1. – P. 89–91.
15. Chu Z. Advanced nanomaterial inks for screen-printed chemical sensors / Z. Chu, J. Peng, W. Jin // Sensors and Actuators. – 2016. – № 243. – P. 919–926.
16. Wholly printed polypyrrole nanoparticle-based biosensors on flexible substrate / B. Weng, A. Morrin, R. Shepherd et al. // J. Mater. Chem. B. – 2014. – №2. – P. 793–799.
17. Multichannel taste sensor using lipid membranes / K. Hayashi, M. Yamanaka, K. Toko et al. // Sensors and Actuators B. – 1990. – Vol. 2. – P. 205—209.
18. Latha R. S. Electronic tongue: An analytical gustatory tool / R. S. Latha, P. K. Lakshmi // Journal of Advanced Pharmaceutical Tecnology & Research. – 2012. – № 3. – P. 197–204.
19. Monitoring of milk quality with disposable taste sensor / M. Y. M. Sim, T. J. Shya, M. N. Ahmad et al. // Sensors. – 2003. – Vol. 3 – P. 340—349.
20. A hydrogel based fluorescent micro array used for the characterization of liquid analytes / A. R. Thete, T. Henkel, R. Göckeritz et al. // Anal. Chim. Acta. – 2009. – Vol. 633. – P. 81—89.
21. N. Collaert, A. De Keersgieter, K.G. Anil, R. Rooyackers, G. Eneman, M. Goodwin, B. Eyckens, E. Sleeckx, J.-F. de Marneffe, K. De Meyer, P. Absil, M. Jurczak, S. Biesemans: Performance Improvement of Tall Triple Gate Devices With Strained SiN Layers. IEEE Electr. Dev. Lett. 26-11, 820 (2005)
22. Ciosek P. Potentiometric electronic tongues for foodstuff and biosample recognition—An overview / P. Ciosek, W. Wróblewski // Sensors. – 2011. – № 11. – P. 4688–4701.
23. Reichardt C. Solvatochromic dyes as solvent polarity indicators / C. Reichardt // Chem. Rev. – 1994. – № 94. – P. 2319–2358.
24. Khan M. R. A High Sensitivity IDC-Electronic Tongue Using Dielectric/Sensing Membranes with Solvatochromic Dyes / M. R. Khan, A. Khalilian, S. W. Kang// Sensors. – 2016. – № 16. – P. 328–346.
25. A Compact Microelectrode Array Chip with Multiple Measuring Sites for Electrochemical Applications / M. Dimaki, M. Vergani, A. Heiskanen et al // Sensors. – 2014. – Vol. 14. – P. 9505-9521.
26. Comparison of the growth process and electrochemical properties of polyaniline films prepared by pulse potentiostatic and potentiostatic method on titanium electrode / H. H. Zhou, J. B. Wen, X. H. Ning et al. // Appl Polym Sci. – 2007. – Vol. 104. – P. 458–463.
27. Crystallization and Morphology of Gold Thin Films on Unpolished Si(100) Substrates after Furnace and Flame Annealing / L. D. Los Santos, A. D. Bustamante, L. F. León et al. // Journal of Materials Science and Engineering. – 2010. – Vol. 4. – P. 358–369.
28. Kwon H. J. Simulation of cyclic voltammetry of ferrocyanide/ferricyanide redox reaction in the EQCM Sensor / H. J. Kwon and E. Akyiano// Engineering and Computer science. – 2011. – № 19. – P. 673–678.
29. Magnetic field effects in electrochemical reactions / A. Bund, S. Koehler, H. H. Kuehnlein et al. // Electrochimica Acta. – 2003. – Vol. 49. – P. 147–152.
30. A Flexible Optical pH Sensor Based on Polysulfone Membranes Coated with pH-Responsive Polyaniline Nanofibers / N. Abu-Thabit , Y. Umar, E. Ratemi et al. // Sensors. – 2016. – Vol. 16. – P. 215–228.
31. Nicholson, R. S. Theory of stationary elektrode polarography for a chemical reaction coupled between juo charge transfers / R. S. Nicholson, J. Shain // Anal. Chem. – 1965. – 37. – № 2. – Р. 179 – 190.
32. Adams R.N. Electrochemistry at solid electrodes/ R.N. Adams. – New York: Marcel Dekker. – 1969.
33. Dao-Jun Guo, Shu-Kun Cui. Highly dispersed Pt nanoparticles immobilized on 3-amino-silane-modified MWNT materials for methanol oxidation// Journal of Solid State Electrochemistry. – 2008. Volume 12, Issue 11. – P. 1393-1397.
34. Coutanceau1 C., Brimaud S., Lamy C., Léger J.-M., Dubau L. , Rousseau S., Vigier F. Review of different methods for developing nanoelectrocatalysts for the oxidation of organic compounds// Electrochimica Acta.– 2008. –V. 53, Is. 23. – P. 6865–6880.
35. Meng Li, Yuan-Ting Li, Da-Wei Li, Yi-Tao Long. Recent developments and applications of screen-printed electrodes in environmental assays.–A review// Analytica Chimica Acta. – 2012. –V. 734, 13 July. – P. 31–44.
36. Lopez G.P., Biebuyck H.A. , Harter R. et al. Fabrication and imaging of two-dimensional patterns of proteins adsorbed on self-assembled mono-layers by scanning electron microscopy/ G.P. Lopez, H.A. Biebuyck, R. Harter et al. // J. Amer. Chem. Soc. – 1993. – 115. – Р. 10774 –10781.
37. A new interdigitated array microelectrode-oxide-silicon sensor with label-free, high sensitivity and specificity for fast bacteria detection / Xiaohui Tang, Denis Flandre, Jean-Pierre Raskin, et al. // Sensors and Actuators B: Chemical. – 2011. – №156. – P. 578-587.
38. Sharma S. Performance analysis of inverter gate using finfet and planar bulk MOSFET technologies / S. Sharma // International Journal of Electrical and Electronics Engineers. – 2015. – Vol. 7, № 1. – P. 205–232.
39. Simulation of Redox-Cycling Phenomena at Interdigitated Array (IDA) Electrodes: Amplification and Selectivity/ M. Odijk, W. Olthuis, V. A. T. Dam, et al. // Electroanalysis. – 2008. – №5. – P. 463-468.
40. Dutta D., Sarma T. K., Chowdhury D., Chattopadhyay A. et al. A polyaniline-containing filter paper that acts as a sensor, acid, base, and endpoint indicator and also filters acids and bases / D. Dutta, T. K. Sarma, D. Chowdhury, A. Chattopadhyay et al. // Academic Press. – 2005. – №1. – P. 153–159.
41. Crowley K., Morrin A., Hernandez A. et al. Fabrication of an ammonia gas sensor using inkjet-printed polyaniline nanoparticles / K. Crowley, A. Morrin, A. Hernandez et al. // Talanta. – 2008. – №77. – P. 710–717.
42. Ueno Y., Furukawa K., Hayashi K. et al. Graphene-modified Interdigitated Array Electrode: Fabrication, Characterization, and Electrochemical Immunoassay Application / Y. Ueno, K. Furukawa, K. Hayashi et al. // ANALYTICAL SCIENCES. – 2013. – №29. – P. 55–60.
43. Abellán-Llobregat A., Vidal L., Rodríguez-Amaro R. et al. Au-IDA microelectrodes modified with au-doped graphene oxide for the simultaneous determination of uric acid and ascorbic acid in urine samples / A. Abellán-Llobregat, L. Vidal, R. Rodríguez-Amaro et al. // Electrochimica Acta. – 2017. – №227. – P. 275–284.
44. Vashist S.K. Recent advances in electrochemical biosensing schemes using graphene and graphene–based nanocomposites / S. K. Vashist, J. H. T. Luong // Carbon. – 2015. – № 84. – P. 519–550.
45. Stankovich S., Dikin D. A., Piner R. D. et al. Synthesis of graphene–based nanosheets via chemical reduction of exfoliated graphite oxide/ S. Stankovich, D. A. Dikin, R. D. Piner et al. // Carbon. – 2007. – №45. – P. 1558–1565.
46. Amato L., Heiskanen A., Hansen R. et al. Dense high-aspect ratio 3D carbon pillars on interdigitated microelectrode arrays/ L. Amato, A. Heiskanen, R. Hansen et al. // Carbon. – 2015. – №94. – P. 792-803.
47. Cowlard F. C., Lewis J. C. Vitreous carbon – A new form of carbon / F. C. Cowlard, J. C. Lewis // Journal of Materials Science. – 1967. – № 6. – P. 507–512.
48. Wang J., Pamidi V. A., Park D. S. Screen-Printable Sol − Gel Enzyme−Containing Carbon Inks / J. Wang, V. A. Pamidi, D. S. Park // Analytical Chemistry. – 1996. – № 15. – P. 2705–2708.
49. Antiochia R., Gorton L. A new osmium-polymer modified screen-printed graphene electrode for fructose detection / R. Antiochia, L. Gorton // Sensors and Actuators. – 2014. – № 7. – P. 287–293.
50. Hang H., Chen J., Yao S. et al. Amperometric Glucose Biosensor Based on Adsorption of Glucose Oxidase at Platinum Nanoparticle-Modified Carbon Nanotube Electrode / H. Tang, J. Chen, S. Yao et al. // Analytical Biochemistry. – 2004. – №1. – P. 89–91.
51. Chu Z., Peng J., Jin W. Advanced nanomaterial inks for screen-printed chemical sensors / Z. Chu, J. Peng, W. Jin // Sensors and Actuators. – 2016. – № 243. – P. 919–926.
52. Townsend, P. D. Ion Implantation, Sputtering and their Applications / P. D. Townsend, J. C. Kelly. – London: Academic Press, 2016. – 189 p.
53. Mochan, B. A. Structure and properties of thick condensates of nickel, Titanium, tungsten, aluminum oxides, and zirconium dioxide in vacuum /
B. A Mochan, A. V. Demchishin. – Amsterdam: Elsevier Science Ltd, 1999. –
117 p.
54. Thornton, J. A. High rate thick film growth // Annual review of materials research. – 2017. – Vol. 4. – № 7. – P. 239 – 260.
55. Musil, J. Nanostructured hard coatings / J. Musil // Klumer Academic. – 2005. – Vol. 32. – № 12. – P. 45 – 56.
56. Fischer-Cripps, C. Nanoindentation / C. Fischer-Cripps. – New York: Springer, 2017. – 211 p.
57. Townsend, P. D. Ion Implantation, Sputtering and their Applications / P. D. Townsend, J. C. Kelly. – London: Academic Press, 2016. – 189 p.
58. Tesar, J. On surface temperatures during high power pulsed magnetron sputtering using a hot target / J. Tesar // Surface & Coatings Technology. – 2011. – Vol. 24. – № 206. – Р. 1155 – 1159.
59. Helmersson, U. Review Ionized physical vapor deposition (IPVD): A review of technology and applications / U. Helmersson // Thin Solid Films. –
2006. – Vol. 17. – № 513. – Р. 1 – 24.
60. Kelly, P.J. Magnetron sputtering: a review of recent developments and ap-plications / P. J. Kelly, R. D. Arnell. // Vacuum. – 2000. – Vol. 5. – № 56. –
Р. 159 – 172.

Весь текст будет доступен после покупки