وبلاگ

صنعت ساخت قطعات الكترونیك پیشرفتهای قابل توجهی از نظر سرعت و قابلیت عملكرد و هزینه داشته است این نتایج ناشی از كوچك نمودن ابعاد ترانزیستور بوده است. ولی در عین حال مشكلات زیادی در كاهش مستمر ابعاد ترانزیستور بوجود می آید. برخی از این آثار عبارتند از اثرات كانال كوتاه DIBL، پیچش ولتاژ آستانه. این آثار موجب اختلال در عملكرد ترانزیستور می شوند. بنابراین فهم محدودیتهای تغییر مقیاس و راههای كاهش اثرات كانال كوتاه برای ما اهمیت دارد.
فصل اول
بررسی تاثیر تغییر مقیاس بر عملكرد ترانزیستور و نحوه آلایش در بخش های مختلف ترانزیستورهای تغییر مقیاس یافته
1-1- تغییر مقیاس ترانزیستور و قانون مور
طی سه دهه گذشته، صنعت الكترونیك پیشرفتهای جالب توجهی داشته است. حداكثر سرعت پالس ساعت پردازش مركزی (cpu) از 100 كیلوهرتز در سال 1971 به بیش از 1/4 گیگاهرتز در سال 2000 افزایش یافته است. یعنی مقدار آن 10 برابر شده است. طی همین مدت، هزینه كامپیوترها با افزایش تعداد كامپیوترهای شخصی كاهش یافته است. بهبودهای قابل ملاحظه ای در نسبت قیمت/ عملكرد داشته ایم كه در تاریخ تولید بشر بی سابقه بوده است. این نتایج ناشی از موفقیت در صنعت نیمه هادیها در كوچك كردن ابعاد ترانزیستور بوده است.
طول گیت ترانزیستور از 10 میكرومتر در سال 1971 به 0/8 میكرومتر در سال 2000 كاهش یافته است. این امر موجب افزایش سرعت پالس ساعت (با كاهش مسیر سیگنال) و همخوانی با قانون مور (كه میگوید تعداد ترانزیستورها در یك مدار یكپارچه هر 18 ماه دوبرابر میشود) شده است. این امر نه تنها موجب بهبود عملكرد تراشه میشود بلكه موجب كاهش میزان ساخت سیلیكون مصرفی و كاهش هزینه تولید میگردد كه آنهم به نوبه خود از تغییر مقیاس MOS ناشی می شود.

در عین حال، چالش های زیادی برای كاهش مستمر ابعاد ترانزیستور وجود دارد. مثلا افزایش میدان الكتریكی و شكست سوراخی و اثر

 DIBL و غیره از جمله مشكلاتی است كه با تغییر مقیاس ایجاد میشود. این بدان معنا است كه فقط تغییر مقیاس ترانزیستور برای بهبود عملكرد ترانزیستور كافی نیست. فهم محدودیت های تغییر مقیاس و نحوة ارتباط آنها به پارامترهای مختلف ترانزیستور در طراحی ترانزیستورهای نسلهای بعدی اهمیت دارد.

2-1- روش تحقیق
انجام آزمایشهای فیزیكی در مورد آلایش مستلزم بررسی آلایش چندبعدی و لذا كار دشواری است، همچنین اندازه گیری دقیق پارامترهای ترانزیستورهای ساخته شده، و تعیین میزان دقیق تاثیر آلایش بستر بر عملكرد كاری دشوار و مستلزم ساخت ترانزیستور به صورت آزمایشگاهی است. شكل 1-1 شمائی از روش بكار رفته در تحقیقات را نشان می دهد.
به جای آزمایش فیزیكی، شبیه سازیهای TCAD مورد استفاده قرار می گیرد. برای تعداد زیادی از طراحی ترانزیستورهای شبیه سازی شده، مولفه های مقاومتی، فیزیكی، ولتاژ آستانه و خصوصیات Ion-Ioff برای هر ترانزیستور استخراج شده و مقایسه می شود و از آنجا حدود تغییر مقیاس با توجه به آلایش بستر تعیین می شود.
چند نكته در اینجا قابل ذكر است. نخست آنكه استفاده از شبیه سازی های TCAD مزایای بسیاری دارد. به گونه ای كه پیش بینی نسبتا دقیقی از آلایش بستر و پروفیل آلایش ترانزیستورهای شبیه سازی شده را قبل از آنكه ساخته شود ممكن می سازد. بعلاوه امكان آنرا بوجود می آورد كه عملكرد بسیاری از ترانزیستورها را با هم مقایسه كنیم. تطبیق نتایج حاصله با نتایج تجربی باعث صرفه جویی زیادی در هزینه و زمان طراحی می شود. بعلاوه این روش شبیه سازی امكان بررسی كمیت های داخلی ترانزیستور را كه امكان آزمایش آنها عملا وجود ندارد فراهم می آورد.
همچنین میدانیم یكی از جنبه مهم در طراحی هر ترانزیستور معیارهای مورد استفاده برای مقایسه ترانزیستورهای مختلف است. چند معیار متداول مثل ولتاژ آستانه و منحنی های Ion-Ioff باهم مقایسه می شوند.
همچنین تاثیر مدلهای قابلیت حركت مورد بررسی قرار می گیرند. در این فصل با فرض آنكه آلایش كانال ترانزیستورها یكنواخت است و نیز اینكه آلایش سورس / درین را میتوان به صورت ساده با تابع نمائی در جهات افقی و عمودی تعریف كرد، كار را شروع می كنیم. این مفروضات را مجدداً در بخشهای بعدی مورد مطالعه قرار می دهیم. این روش به ما كمك می كند كه تاثیر جنبه های مختلف طراحی ترانزیستور بر رفتار آنرا حذف كنیم و به فهم درستی ازمطالعه تاثیر آلایش بستر برسیم.