MOS管的栅极氧化层漏电流增加

发布于 2016-11-24  697 次阅读


栅极氧化层随著MOSFET尺寸变小而越来越薄,主流的半导体制程中,甚至已经做出厚度仅有1.2纳米的栅极氧化层,大约等于5个原子叠在一起的厚度而已。在这种尺度下,所有的物理现象都在量子力学所规范的世界内,例如电子的穿隧效应(tunneling effect)。因为穿隧效应,有些电子有机会越过氧化层所形成的位能障壁(potential barrier)而产生漏电流,这也是今日积体电路芯片功耗的来源之一。

为了解决这个问题,有一些介电常数比二氧化硅更高的物质被用在栅极氧化层中。例如铪(Hafnium)和锆(Zirconium)的金属氧化物(二氧化铪、二氧化锆)等高介电常数的物质均能有效降低栅极漏电流。栅极氧化层的介电常数增加后,栅极的厚度便能增加而维持一样的电容大小。而较厚的栅极氧化层又可以降低电子透过穿隧效应穿过氧化层的机率,进而降低漏电流。不过利用新材料制作的栅极氧化层也必须考虑其位能障壁的高度,因为这些新材料的传导带(conduction band)和价带(valence band)和半导体的传导带与价带的差距比二氧化硅小(二氧化硅的传导带和硅之间的高度差约为8ev),所以仍然有可能导致栅极漏电流出现[1]。

参考资料

[1] http://m.wendangku.net/doc/9617a692d15abe23482f4de4.html。


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