可替换(按比例缩小)的晶体管设计

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对更密集的电路的一个标准途径是按比例缩小,又称为芯片收缩(die shrink)。用已验证的设计开始按比例缩小,并减小尺寸。然而,按比例缩小可能引入新的问题,例如漏电流增大。许多新材料正在被设计以解决漏电和由按比例缩小引起的其他问题。可替换晶体管也在被探讨。设想包括用于MOS场效应晶体管器件的双栅(DG)和超薄体(UTB),如下图所示。其他设想包括垂直晶体管结构和称为Fin FET的鱼鳍状结构在这种结构中,栅是垂直的,源漏建在鱼鳍的两边。

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金属半导体场效应晶体管(MESFET):金属半导体场效应晶体管是基本的GaAs晶体管结构(参见下图)。金属半导体场效应晶体管的工作方式和结型场效应晶体管一样,唯一不同的是,金属栅极直接淀积在N型GaAs层的上面。

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熔丝和导体

 

熔丝和表面金属丝导体的形成己经在前面做过详细说明。通过利用晶圆下面的“地下导体”(underpass conduct)来节省密集而宝贵的芯片表面区域。这是在芯片表面金属丝导线下面的高浓度掺杂区所形成的。

 

问题和挑战是多层金属的淀积和光刻。关键技术是平坦化、台阶覆盖度和塞填充。在0.5um设计规则时代,较低接触电阻的金属薄膜和三明治薄膜是非常必要的。

 

集成电路的形成

 

在集成电路中包含以上我们介绍的所有元器件。这些元器件都是以设计好的工艺流程按一定的次序形成的,一般来说,工艺流程的设计都是围绕着晶体管进行的。电路设计者尽可能使每一次掺杂都生成更多的元器件。

 

电路的类型由晶体管的类型所决定。比如,双极型的电路意味着它的电路基于双极型的晶体管,MOS电路是基于任何一种MOS晶体管结构的电路。在半导体工业发展的前30年,一般选用双极型的晶体管和双极型的电路。双极型晶体管有较快的工作速度(开关时间)、漏电流的控制和一个长期的工艺发展过程。双极型晶体管的这些性质恰好适用于逻辑电路、放大电路和转换电路(这些都是半导体工业最早的产品)。这些电路可以满足不断发展的计算机计算功能的需求。核心存储器担当早期计算机的内部存储功能。但是这些存储器的容量比较小而且速度比较慢。大部分的信息都存在计算机的外部,比如磁带、磁盘和打孔卡片上。虽然有双极存储器电路可用,但是它们不能经济地满足核心存储器的需求。

 

MOS晶体管可以实现快速的、经济的固态存储器的功能,但是早期的金属栅型MOS晶体管有较大的漏电流,而且其参数也不易控制。尽管如此,MOS晶体管本身的优点仍然促进了MOS存储器电路的发展。其优点就是尺寸小,在一定的空间内可以做更多的器件,而且开关速度相对较快。在小尺寸的电路中,良品率会比较高,这是因为在给定缺陷密度的条件下,缺陷会影响较少的晶体管和元器件。

 

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