УНИВЕРСАЛЬНО-ЗАТВОРНЫЙ БЕСКОНТАКТНЫЙ ТРАНЗИСТОР С СИЛЬНОЛЕГИРОВАННЫМИ ПОЛИКРЕМНИЕВЫМИ НАНОПРОВОДНИКОВЫМИ КАНАЛАМИ

 

СЕКЦИЯ 18. Технические науки.

ПОДСЕКЦИЯ 17. Электроника.

Лозовой Тарас Сергеевич

студент группы ДЕ-82 факультета электроники Национального технического университета Украины, г. Киев, Украина

 

УНИВЕРСАЛЬНО-ЗАТВОРНЫЙ БЕСКОНТАКТНЫЙ ТРАНЗИСТОР С СИЛЬНОЛЕГИРОВАННЫМИ ПОЛИКРЕМНИЕВЫМИ НАНОПРОВОДНИКОВЫМИ КАНАЛАМИ


Аннотация

Было исследовано применимость универсально-затворного поликристаллического кремниевого нанопроводникового транзистора с бесконтактной конфигурацией с помощью использования одного сильнолегированного пласта поликремния, который служит истоком, каналом и стоковой областью.  Легированный поликремний имеет особенно высокую и однородно-легированную концентрацию. Разработанное устройство показывает желаемую электростатическую производительность в пределах высокого отношения входного\выходного тока и более низкого истока\стоковой последовательности сопротивлений в сравнении с инверсным режимом контршаблона.

Abstract

In this letter, we have investigated the feasibility of gate-all-around polycrystalline silicon (poly-Si) nanowire transistors with junctionless (JL) config­uration by utilizing only one heavily doped poly-Si layer to serve as source, channel, and drain regions. In situ doped poly-Si material features high and uniform-doping concentration, facilitating the fabrication process. The developed JL device exhibits desirable electrostatic performance in terms of higher ON/OFF current ratio and lower source/drain series resistance as compared with the inversion-mode counterpart. Index Terms—Accumulation mode, gate all around (GAA), inversion mode (IM), nanowire (NW), thin-film transistor (TFT).

Введение

Поликристаллический кремниевый тонкопленочный транзистор стал очень привлекательным для будущей интеграции 3-д электроники  учитывая низкую температуру осаждения и обстоятельный процесс изготовления. Полевой транзистор на мультипликационном затворе с нанопроводниковыми каналами соответственно продуман как многообещающее наноструктурное устройство следующего поколения. C уменьшением размеров устройства, создание контактов между истоком\стоком и области каналов как и раньше очень стимулирующие, даже для нанопроводниковых полевых транзисторов работающих в инверсном режиме. Чтобы перехитрить эту проблему, мы предлагаем нанопроводниковый полевой транзистор с универсально-затворной структурой, которая использует на своем месте легированный пласт поликремния для создания истока, нанопроводникового канала и стоковой области без дополнительной имплантационной процедуры. Эта структура в принципе представляет собой транзистор в режиме накопления, также именуемый бесконтактным транзистором, потому что, по всей длине устройства нет ни одного контакта. Используя преимущество крошечного размера нанопроводниковых каналов и универсально-затворную конфигурацию, замечательные входные\выходные характеристики  продемонстрированы в этой статье.

2. Изготовление устройства

Основная особенность изготовления то, что нанопроводники упакованные в околостонанометровые канавки под нитридным пластом. Структура этих канавок создана благодаря контролю бокового травления тетраэтилово-ортосиликатного окиселного пласта в разбавленном растворе плавиковой кислоты на протяжении 90с. Сильнолегированный кремний в основном используется как материал для затворного электрода в производстве полевого транзистора. Легированный поликремний был распределен и вытравлен в плазменном реакторе с трансформаторной связью с использованием газов Cl2 или  HBr для определения нанопроводниковых каналов и областей сток\исток одновременно. Для инверсных устройств сначала формируются нелегированные поликремниевые нанопроводниковые каналы. Потом, также как и в бесконтактных устройствах, легированный поликремний укладывается и распределяется для создания областей сток\исток.  Для завершения структуры универсального затвора в обоих типах устройств набор диэлектриков удерживающий нитридный оксид или тетраэтилово-ортосиликатный нитрид  последовательно удаляется влажным травлением в порядке оголения нанопроводниковых каналов. Потом, осажденный с малым давлением оксид толщиной в 15 нм был помещен как пласт затворного диэлектрика, по которому направлялось помещение десятинанометрового TiN с атомарным пластом осаждения  и 150 нанометровый TiN поверхностным напылением. Пласт TiN распределен как электрод затвора.

3. Результаты и обсуждения.

Итак, n+-поликремниевый материал  есть ведущим для производства поликремниевой нанопроводниковой структуры из замечательной упорядоченностью структуры, которая также будет одним из  достоинств бесконтактного нанопроводникового устройства. Рис. 1а показывает экспериментальные передаточные характеристики JL и IM пристроил с нанопроводниковыми размерами  поперечного разреза. Бесконтактный транзистор с большим нанопроводниковым размером  (75нм \35 нм) также характеризирован и нанесенный на график согласно целей сравнения: показать эффект величины нанопроводников. Бесконтактное устройство с меньшим размером нанопроводников показывает отличные переключательные свойства. В отличии от устройств с большим размером нанопроводников. Тонкость нанопроводникового канала имеет сильное влияние на поведение переключения в JL устройствах. Это также означает, что SS меньших устройства невероятно увеличено 199 (mv\dec) и становится сравнимым с IM устройствами (184 mv\dec).  IM NWFET показывает хорошие характеристики, как и ожидалось через маленький размер нанопроводниковых каналов в универсально-затворной структуре. Рис. 1б показывает крутизну характеристики прямой передачи (Gm) к затворному напряжению JL\IM транзисторов на Vd=0.5 V. Пиковое значение Gm устройства приблизительно в 5 раз больше чем в IM. Это приписывается излишку потока носителей через канал. Измеренное полное сопротивление (Rtot) к длины канала созданного с использованием исходных характеристик данной серии JL\IM построен с разной длиной канала. Rtot=Vd/Id=Rsd+Rch, где Rsd и Rch сопротивления серии и канала. Rsd может быть рассчитанное простой экстраполяцией кривых при L=0 начиная со снижения Rch к нулю и Rtot ассимптотично приближается к значению Rsd при низких Vd и высоких Vg значениях, которые обеспечивают, Rsd 0.49 КОм и 9.56 КОм для JL и IM приборов соответственно. Большое Rsd обусловленное наличием контактов в IM устройства. С другой стороны, наклон кривих на графике отображает информацию об Rch на единичную длину канала, и оно есть большим в IM устройства,  что обязано тому, что JL устройство - это затворный резистор и поперечное сечение потока носителей намного больше чем в IM устройства. Поэтому, более низкие Rsd и Rch в JL приборе – результат лучшей производительности.

 

Рис.1. а)передаточные характеристики JL и IM NWFET c нанопроводниковой длиной каналов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б) сравнение крутизны характеристики прямой передачи (Gm) к затворному напряжению JL\IM транзисторов на Vd=0.5 V

 

Список литературы:

1. Е. К. Lai, Н. Т. Lue, Y. Н. Hsiao“A multilayer stackable thin-film transistor (TFT) NAND-type Flash memory,” in IEDM Tech. Dig., Dec. 2006.

2. S. D. Suk, M. Li, Y. Y. Yeoh “Characteristics of sub-5-nm trigate nanowire MOSFETs with single- and poly-Si channels in SOI structure,” in VLSI Symp. Tech. Dig., Jun. 2009.

3.C. W. Lee, A. Afzalian, N. D. Akhavan “Junctionless multigate field-effect transistor,” Appl. Phys. Lett., vol. 94, Feb. 2009.