微电子技术学科前沿-FinFET-SiGePPT课件

.,微电子技术前沿微电子中的人类智慧,深掏滩，低垒堰云盘山-三星堆-金沙-望帝/从帝-都江堰古蜀文化是人类文明的宝贵财富因势利导，化不利为有利-造就了成都平原的富庶在微电子技术中，到处闪耀着人类智慧,.,能攻心则侧反自消,自古知兵非好战不审势则宽严皆误,后来治蜀要深思本课尝试：1.介绍有关微电子技术的更广泛的知识2.介绍一些重要器件与电路发明的思路希望大家不仅仅是从专业上理解本课内容,微电子技术前沿微电子中的人类智慧,.,.,Fin-FETBackground,FirstdevelopedbyChenmingHuandcolleaguesattheUniversityofCaliforniaatBerkeley,whichattemptstoovercometheworsttypesofshort-channeleffectencounteredbydeepsubmicrontransistors.,.,Fin-FETBackground,Thesekindsofeffects(SCE)makeitharderforthevoltageonagateelectrodetodepletethechannelunderneathandstoptheflowofcarriersthroughthechannelinotherwords,toturnthetransistorOff.,.,Gatecantcontroltheleakagecurrentpathsthatarefarfromthegate,.,IntroductiontoDouble-Gate,Thegatecontrolsathinbodyfromtwosides.,.,Double-GateMOSFETStructureoptions,.,DoubleGatevs.TriGateFET,.,DoubleGatevs.TriGateFET,TheDoubleGateFETdoesnotrequireahighlyselectivegateetch,duetotheprotectivedielectrichardmask.AdditionalgatefringingcapacitanceislessofanissuefortheTriGateFET,sincethetopfinsurfacecontributestocurrentconductionintheONstate.,.,Fin-FETStructureEvolution,.,IntelTri-GateTransistor,.,IntelTri-GateTransistor,GATE,FIN,.,.,微电子中的人类智慧,窄禁带异质源漏区MOSFET结构,SiGe源区,SiGe漏区,Si衬底,.,SiGe源漏区MOSFET带来的器件性能改善,1.消除闭锁效应,闭锁条件：PNP*NPN1,.,窄禁带异质源漏区MOSFET的寄生BJT的发射极为异质结，其异质结的与同质结的关系为：,从上看出，窄禁带异质材料的禁带越窄与相对应的衬底材料的禁带宽度差Eg就越大，其就会越小。由此可得出，窄禁带异质发射结具有低的特点。,.,2.消除寄生BJT对MOS器件耐压的影响,由于寄生双极晶体管的存在，使得MOSFET的源漏击穿电压BVDS由寄生BJT的BVCEO决定。寄生BJT的BVCBO与BVCEO之间的关系为：,.,SiGe发射区HBT的应用1).SiGe源区功率MOS/IGBT2).SiGe源区CMOS3).SiGe阳极LIGBT4).SiGe快恢复二极管,.,HBTHeterojunctionBipolarTransistor,异质结双极型晶体管,.,HBT的背景,随着现在微波通讯技术的不断发展，人们要求通讯频及带宽越来越高。同时，也在不断寻找低功耗、低成本、低噪声的器件。当前，Si器件技术占据大规模集成电路的主流，其价格低廉、集成度高、技术成熟，但是由于通讯频率的不断升高，客观上要求Si器件越做越小，这在一定程度上受到技术和设备的限制，因此寻找新的器件材料成为迫切的要求。,.,HBT的背景,普通双极型晶体管要作到超高速和超高频一般是较困难的超高速晶体管应当是发射区掺杂浓度低,基区掺杂浓度高,而且hFE也适当高的一种晶体管采用禁带较基区材料要宽的半导体做发射区,能做出超高速,超高频的双极晶体管,.,半导体异质结,由两种基本物理参数不同的半导体单晶材料构成的晶体界面(过渡区)不同物理参数包括:禁带宽度(Eg),功函数,电子亲和势,介电常数等,.,基区材料要禁带较宽的半导体做发射区,根据半导体材料禁带宽度的不同，可分为宽禁带半导体材料与窄禁带半导体材料。若禁带宽度Eg2ev（电子伏特），则称为窄禁带半导体；若禁带宽度Eg=2.0-6.0ev，则称为宽禁带半导体。宽禁带半导体材料具有禁带宽度大、击穿电场强度高、饱和电子漂移速度高、热导率大、介电常数小、抗辐射能力强以及良好的化学稳定性等特点，非常适合于制作抗辐射、高频、大功率和高密度集成的电子器件,.,异质结能带图,.,双极型晶体管,.,如果想f，需Wb，而Wb穿通电压和厄利电压。如果想,需Ne和Nb；Nb与Wb有同样问题，Ne受禁带变窄效应限制。HBT可解决上述矛盾。注入效率足够高Wb而不穿通f。,BJT中的矛盾,.,用异质结改进BJT,在异质结中，由于基区带隙变窄，使得发射区与基区的导带距离缩小，发射区的电子从发射区的导带跃迁到基区的导带所需的能量更少，更有利于发射区电子的注入。同时由于发射区与基区的价带距离变大，空穴从基区的价带跃迁发射区的价带将需要用去更大的能量，从而有效的防止基区的空穴反注入发射区，提高了电流放大倍数的值。,.,即使基区掺杂浓度NB比发射区杂质浓度NE高得多，指数因子仍然可以使HBT具有足够的电流放大倍数。高的基区掺杂还有利于减小基区方块电阻；同时，通过降低基区厚度，还可降低基区渡越时间。如果在基区通过浓度的缓变，基区将会形成能带弯曲，产生新的梯度场，这样发射区注入的电子在基区不仅有扩散速度，而且具有基区梯度场所引起的漂移速度，从而大大的加快了电子的输送速度，也就使得达到一个更大的值。,用异质结改进BJT,.,通过使用HBT尽管得到近似于BJT基极一样的电流，但集电极电流由于窄带隙的作用增大了很多倍。相应的模拟参数厄利电压（VA）也得到了大幅度地提高，从而导致VA模拟参数迅速增加。至于频率特性，由于异质结的作用而导致基区转移时间以及发射区转移时间的下降，所以即使在很低的基极电流下也可以得到很高的截止频率（fT）。最大振荡频率（fM）与集电极、基极电容（Cjb）以及基区电阻有关，为了提高最大振荡频率，集电极、基极电容可以通过适当的集电极掺杂和减少发射区的宽度（典型的低于1m）,基区电阻降低可以通过自对准工艺来实现。,.,异质结双级晶体管的结构特点,具有宽带隙的发射区大大提高了发射结的载流子注入效率功率密度高相位噪声低线性度好,.,结构图解,HBT适用范围:低相位噪声振荡器高效率功率放大器宽带放大器,.,SiGeHBT水平结构图,.,GaSeHBT结构图,.,.,.,.,.,.,(2)LDMOSLIGBT阳极短路LIGBTSINFET-SiGe阳极LIGBT,结构原理优缺点LDMOS-LIGBT-SINFET-阳极短路LIGBTSLD高SLIGBT低SSIN=SLDSLIGBTS阳短SLDRON大RO