6.17. Микроминиатюризация МДП-приборов

Полевые приборы со структурой металл - диэлектрик - полупроводник в силу универсальности характеристик нашли широкое применение в интегральных схемах (ИС). Одна из основных задач микроэлектроники заключается в повышении степени интеграции и быстродействия интегральных схем. Для ИС на МДП-приборах благодаря чрезвычайно гибкой технологии их изготовления эта задача решается несколькими путями. В основе одного из подходов лежит принцип двойной диффузии. Эта технология получила название Д-МОП технологии, когда структура имеет планарный характер, и V-МОП технологии, когда структура транзистора имеет вертикальный характер. Другой подход связан с пропорциональной микроминиатюризацией обычного планарного МДП-транзистора и получил название высококачественной, или N-МОП, технологии.

Таблица 3. Эволюция размеров и параметров МДП-приборов

Согласно основным положениям модели пропорциональной микроминиатюризации при уменьшении длины канала в N раз для сохранения тех же характеристик транзистора другие его параметры (толщина окисла, ширина канала, напряжение питания) необходимо уменьшить в N раз, а концентрацию легирующей примеси в подложке увеличить в N раз. Действительно, при таком изменении, как следует из (6.8), величина порогового напряжения V_T и величина проводимости канала практически не изменяются. Быстродействие, определяемое временем пролета носителей через канал, согласно (6.31) возрастет в N раз, ток канала уменьшится в N раз, рассеиваемая мощность уменьшится в N² раз. В таблице 3 приведена динамика изменения основных параметров МДП-приборов, проявляющаяся при пропорциональной микроминиатюризации.

Идеи и принципы пропорциональной микроминиатюризации позволяют использовать масштабирование МДП-транзисторов при разработке интегральных схем на их основе. Такой подход позволил фирме Intel модернизировать процессоры персональных компьютеров каждые три-четыре года. В таблице 4 приведены этапы пропорциональной микроминиатюризации процессоров Intel за последние тридцать лет.

Таблица 4. Микроминиатюризация процессоров Intel

На рисунке 6.22 показана в полулогарифмическом масштабе эволюция размеров МДП-транзистора и длины его канала. Обращает внимание на себя тот факт, что принципы пропорциональной микроминиатюризации позволили вплотную придвинуться к размерам базового элемента интегральных схем, ниже которых находится предел, обусловленный физическими ограничениями [31].

Опыт разработки МДП-транзисторов с длинами канала 0,25-0,1 мкм показывает, что в таких приборах резко нарастает количество новых физических явлений, в том числе и квантовых. Принцип пропорциональной микроминиатюризации при этих значениях линейных размеров уже перестает работать.

Рис. 6.22. Уменьшение размеров транзистора