4- 터미널 드라이브 더블 게스피드 바카라 MOSFET을 성공적으로 개발했습니다

국립 선진 산업 과학 기술 연구소 (Yoshikawa Hiroyuki의 회장) (이하 "AIST"라고 불리는)의 전자 연구 부서는 차세대 트랜지스터가 될 것으로 예상됩니다더블 게스피드 바카라 MOSFET로 가능하게하는 데 성공했습니다 무료임계 값 전압제어 가능성과 같은 특수 4- 터미널 구동 기능은 게스피드 바카라 길이가 80 nm (1 나노 미터 : 10 억 미터) 인 미크론 장치 이하의 미크론 장치로 체계적으로 입증되었습니다 이 성과는 유연하고 역동적 인 방식으로 최적의 전력 제어 및 작동 속도 제어를 수행하는 혁신적인 LSI의 실현을위한 촉매제입니다

○ 궁극적 인 MOSFET에 새로운 기능을 설치
이중 게스피드 바카라 MOSFET (1984 년 전 전자 전자 기술 연구소 (Institute of Electronics and Technology)가 제안한 전자 기술 연구소 (현재 일본 연구소) 및 원래 XMOS라고 함)는 정기적 인 단일 게스피드 바카라 MOSFETS의 누출 전류였습니다짧은 채널 효과의 증가로 인해 소형화의 한계를 극복 할 수있는 차세대 트랜지스터 일 것으로 예상됩니다 그러나, 기존의 이중 게스피드 바카라 MOSFET에서, 두 게스피드 바카라는 동일한 전압에만 통합 될 수 있으며, 3 개의 말단 작동 만 수행 할 수있다 대조적으로, 우리는 두 개의 게스피드 바카라를 독립적으로 분리하고 운전할 수있는 더블 게스피드 바카라 MOSFET을 성공적으로 개발했습니다 4 개의 말단에 의해 새로 획득 된 가장 두드러진 기능은 두 게스피드 바카라 중 하나에서 수행 된 스위칭 작업 외에도 다른 게스피드 바카라는 임계 값 전압을 자유롭게 제어 할 수 있다는 것입니다 이는 트랜지스터 작동 속도가 최적으로 제어 될 수 있고 대기 누출로 인한 전력 손실은 사실상 0 일 수 있음을 의미합니다 다시 말해,이 기술 개발은 작동 속도를 희생하지 않고 최적의 전력 제어되는 초 전력 소비 VLSIS의 실제 적용으로가는 길을 열어 놓은 결과라고 할 수 있습니다 또한, 4- 터미널 드라이브 이중 게스피드 바카라 MOSFET은 두 개의 입력을 독립적으로 수행 할 수있는 산술 함수를 갖는 MOSFET으로 간주 될 수 있으며, 하나의 요소는 회로 기능을 갖기 때문에 통합 회로 요소의 수를 현저히 줄일 수 있습니다 이 4 개의 말단 주행 기능은 기존의 MOSFET에서는 찾을 수 없으며 트랜지스터에서 큰 혁신을 기대합니다

○ 다목적 4 터미널 드라이브 더블 게스피드 바카라 기술을 개발했습니다
기술적 혁신은 현재 반도체 기술과 호환되는 미세한 가공 기술을 사용하여 4 개의 터미널에 의해 구동 될 수있는 분리 더블 게스피드 바카라 제작 기술의 개발입니다 스탠딩 핀 유형의 극도로 얇은 실리콘 (SI) 채널을 제조하기 위해 습식 에칭은 Si의 결정 평면에 따라 AIST에 의해 개발되었으며 이상적인 직사각형 횡단면을 달성 할 수있었습니다 양쪽의 초신도 핀 유형 채널을 샌드위치하는 2 개의 별도의 다결정 Si 게스피드 바카라는 미세한 화학 기계적 연마 (CMP) 기술에 의해 형성되었다 이번에 개발 된 이러한 미세한 가공 기술은 결정 표면 이방성 습식 에칭 및 미세한 CMP 기술 모두 현재 반도체 기술과 호환되며 실질적으로 사용하기 쉽습니다 새로운 기능이 전통적인 더블 게스피드 바카라 MOSFET에 설치되었으며 SI 통합 회로의 주요 혁신을 가져올 것으로 예상됩니다

○ 4- 터미널 드라이브 더블 게스피드 바카라 MOSFETS의 고유 한 자유 임계 값 전압 제어를 체계적으로 시연
게스피드 바카라 길이가 80nm 인 프로토 타입 4- 터미널 드라이브 이중 게스피드 바카라 MOSFET에서, 하나의 게스피드 바카라 전압은 트랜지스터 임계 값 전압 V_th9871_10057 | 이 기능은 높은 임계 값에서 저전력 소비와 낮은 임계 값에서 고속을 모두 가능하게하는 획기적인 성과입니다 또한, 우리는 핀 형 SI 채널 두께가 얇아 질수록 임계 값 전압 제어 및 짧은 채널 효과 억제 특성이 13nm의 Si-Fin 두께를 갖는 프로토 타입 장치에서 우수하다는 것을 입증 하였다 또한, v_th

이 결과를 통해 이중 게스피드 바카라 MOSFET을 4 개의 터미널로 변환 할 수 있었으며, 이는 차세대 트랜지스터가 될 것으로 예상되어 혁신적인 기능의 확장을 허용합니다 앞으로 우리는 이번에 개발 된 4 개의 터미널 드라이브 이중 게스피드 바카라 MOSFET을 최적으로 사용하는 새로운 통합 회로 기술을 만들기 위해 노력할 계획입니다

이 결과는 2003 년 12 월 8 일부터 10 일까지 미국 워싱턴 DC에서 개최 될 전자 장치 (IEDM2003 : 2003 IEEE국제 전자 장치 회의)에서 발표됩니다 또한 AIST Electronics Research Division은 작년 이후 IEDM에서 새로운 장치를 발표했습니다 또한이 연구와 관련된 세 가지 특허가 현재 보류 중입니다

IT 세계를 지원하는 Si VLSI의 놀라운 개발은 그곳에서 사용 된 Si MOSFET의 소형화에 의해 지원되었습니다 그러나 가까운 시일 내에, 우리는 초소형으로 인해 장치가 꺼지고 배수 소스 간섭으로 인한 트랜지스터 특성의 악화로 인해 유출되는 누출 전류가 증가함에 따라 심각한 장애물 (붉은 벽돌 장벽)을 달성 할 수있었습니다빨간 벽돌 벽)) 소스-드레인의 접근으로 인한 간섭, 이중 게스피드 바카라 MOSFETS, 두 게스피드 바카라 사이의 얇은 채널 층을 샌드위치하고 보호하는 이중 게스피드 바카라 MOSFETS로 인한 간섭으로 인한 장치 특성에서 갑작스런 악화의 후자의 짧은 채널 효과를 극복하기 위해 가장 효과적인 장치 구조입니다ITRS 반도체 로드맵또한 인식 반면에, 누출 전류로 인한 전력 소비 문제는 심각한 상황이되고있다 CPU 칩의 전력 소비는 이미 100W 이상의 수준에 도달했으며, 일부 솔루션이 발견되지 않는 한, 장치 제조 기술에 진전이 있더라도 실제로 열 발생 문제로 인해 통합 할 수 없습니다

AIST에서 개발 된 4 터미널 드라이브 이중 게스피드 바카라 MOSFET 기술은 위에서 언급 한 SI 반도체 기술에 직면 한 모든 장애물을 뚫고 획기적인 성과이며, 최적의 전력, 작동 속도 제어 및 새로운 기능을 유연하게 제공하는 미래 유형의 통합 회로의 생성을 이끌 수 있다고 말할 수 있습니다

(1) 이상적인 직사각형 단면으로 4- 터미널 드라이브 더블 게스피드 바카라 MOSFET 기술을 개발했습니다
[그림 1]은 단일 게스피드 바카라 MOSFET (비교를 위해 측면 게스피드 바카라와 함께 표시), 소형화의 한계를 깨뜨리는 기존 (핀 유형) 이중 게스피드 바카라 MOSFET 및 이번에 성공적으로 프로토 타입으로 성공한 4- 터미널 드라이브 이중 게스피드 바카라 MOSFET을 보여줍니다 단일 게스피드 바카라 MOSFET에서는 기판 측에 특별한 배수 소스 분리가 없으므로 소형화가 진행됨에 따라 간섭이 발생하여 게스피드 바카라 효과가 열악하고 트랜지스터 특성이 악화됩니다 대조적으로, 이중 게스피드 바카라 MOSFET은 소형화에 가장 적합한 MOSFET으로 간주되며, 이들은 이중 게스피드 바카라로 배수에서 소스로의 간섭을 보호 할 수 있으므로 짧은 채널 효과를 억제 할 수 있습니다 그러나 기존의 이중 게스피드 바카라 MOSFET에서는 2 개의 게스피드 바카라가 통합되어 있으며 3 개의 터미널 작동 만 가능했습니다 대조적으로, 이번에 성공적으로 프로토 타입으로 4 개의 말단 드라이브 더블 게스피드 바카라 MOSFET에는 두 개의 독립적 인 게스피드 바카라가있어 4- 터미널을 작동시킬 수 있습니다 지느러미 유형 채널은 AIST에 의해 개발 된 크리스탈 평면 이방성 습식 에칭을 사용하여 제조되었다 Si 결정의 알칼리성 에칭 용액 (238% TMAH (Tetramethylammonium Hydroxide))의 에칭 속도는 강한 이방성을 가지며 (100) 평면, (110) 평면 및 (111) 평면의 순서가 느려집니다 이 이방성을 활용, (110)Soi Wafer₃n₄12077_12356₃n₄/nsg) 마스크를 스토퍼로 사용하여, 분리 게스피드 바카라는 그림에 도시 된 바와 같이 미세한 CMP (화학적 기계적 연마) 기술을 사용하여 제조되었다 2 (e) [그림 3]은 스캐닝 전자 현미경 (SEM) 사진 및 프로토 타입 4- 말단 구동 이중 게스피드 바카라 MOSFET 평면의 단면 변속기 전자 현미경 (TEM) 사진을 보여줍니다 세계에서 나노 미터 크기로 완벽한 분리 더블 게스피드 바카라를 성공적으로 생산 한 것은 이번이 처음입니다 다시 말해, 연구 개발에서 가장 진보 된 Fin-Type Double-Gate MOSFET은 세계 최초의 4 개의 터미널 기술을 보여주었습니다

그림 1 : MOSFET의 진화 (a) 단일 게스피드 바카라 MOSFET, (b) 기존 (핀 타입) 이중 게스피드 바카라 MOSFET, (c) 이번에 성공적으로 생성 된 4- 터미널 드라이브 이중 게스피드 바카라 MOSFET

그림 2 : 4 터미널 드라이브 이중 게스피드 바카라 MOSFET의 프로세스 흐름 독특한 크리스탈 평면 이방성 습식 에칭 및 미세한 CMP 기술을 사용합니다 si3​​n4/NSG : 실리콘 질화물/산화물, SOI : 묻힌 산화물의 실리콘 층, RIE : 반응성 이온 에칭, TMAH : 알칼리성 시스템의 선택적 에칭 용액, CMP : 화학 기계적 연마

그림 3 : (a) 평면 SEM 사진 및 (b) 프로토 타입 4- 터미널 드라이브 이중 게스피드 바카라 MOSFET의 SI 핀 채널의 단면 TEM 사진 이상적인 직사각형 핀 채널 단면과 완벽한 분리 더블 게스피드 바카라를 보여줍니다

(2) 4- 터미널 드라이브 더블 게스피드 바카라 MOSFET의 고유 한 기능을 보여줍니다
[그림 4]는 13nm의 초 얇은 Si-Fin 두께 및 160nm의 GATE 길이를 갖는 N- 채널 4- 말단 구동 이중 게스피드 바카라 MOSFET의 임계 값 전압 V를 보여줍니다_th제어 특성을 보여줍니다 다섯_th제어 게스피드 바카라 전압 V_G2음의 전압을 V로 증가시킬 때_G1V_th전방 방향으로 제어되고 원래 V_th부정적인^*이지만 V_G2= -06v는 이미 양수 값으로 작동합니다 이 실험의 결과에 의해 명확하게 밝혀진 바와 같이, v_thSI-FIN 두께가 짧은 채널 효과 억제 함수와 유사하기 때문에 제어 가능성이 우수하다는 것을 체계적으로 밝혀 냈습니다 [그림 5]는 4- 터미널 드라이브 이중 게스피드 바카라 MOSFET의 V_G2V_th그리고 현재 상승을 나타내는 경사면 (s 슬로프)에 대해 실험 및 시뮬레이션 값 (43 nm 및 게스피드 바카라 길이의 경우)은 실험적이고 계산 된 값은 양호한 일치입니다 4- 터미널 드라이브 더블 게스피드 바카라 MOSFETS_th14691_14785_G2오프셋, V_G1, V_G2후속 모드에서 작동합니다, v_thS 슬로프에는 최소 값을 보여주는 3 단자 드라이브 모드 (V_G1= V_G2와 동일한 탁월한 값을 가질 수 있습니다 그림 4에 표시된 Si -Fin 두께가 13nm 인 프로토 타입 장치는 -1v의 동일한 v_G2오프셋시 043V_th이론적 한계 인 긍정적 인 시프트와 60mv/숫자의 S- 슬로프 특성을 더 잘 보여줍니다

도 6의 예에서 볼 수 있듯이, 4- 터미널 드라이브 이중 게스피드 바카라 MOSFET은 2 개의 독립적 인 게스피드 바카라를 가지며, 기존의 이중 게스피드 바카라 MOSFET을 포함하여 3 터미널 드라이브 MOSFET에서는 불가능한 새로운 기능이 가능하다 다시 말해, 최적의 전력 및 속도 제어뿐만 아니라 임계 값 제어에 의해 최적의 전력 및 속도 제어가 수행되는보다 고급 MOS 장치가 실현되었습니다 또한 요소 자체가 스위치 기능보다 더 많은 기능을 보여줄 수 있습니다

*프로토 타입 장치는 n⁺폴리 SI 게스피드 바카라로서 원래 임계 값 전압 (v_G1= V_G2)는 음수입니다 게스피드 바카라 전극 재료를 양수 값으로 만들 수 있습니다

그림 4 : 프로토 타입 Si-Fin 두께 13nm 및 게스피드 바카라 길이 160nm의 임계 전압 제어 특성 (a) 배수 전류의 로그 플롯, (b) 배수 전류의 선형 플롯 다섯th제어 전압 VG2임계 값 전압 (드레인 전류 상승의 게스피드 바카라 전압)을 자유롭게 제어 할 수 있음을 나타냅니다
그림 5 V의 4- 터미널 드라이브 더블 게스피드 바카라 MOSFETth제어 전압 VG2의 함수로서의 임계 전압 vth및 하위 경계 경사 (S 경사) si-fin 두께 = 43 nm, 게스피드 바카라 길이 = 80 nm 프로토 타입 장치의 실험 값과 시뮬레이션 결과는 양호한 일치를 보여줍니다
그림 6 : 프로토 타입 80nm 게스피드 바카라 길이 4- 터미널 이중 게스피드 바카라 MOSFET의 3- 터미널 드라이브 모드 (VG2= VG1) 및 4- 터미널 드라이브 모드 (VG2= VG1-1v)의 전류-전압 특성 4- 터미널 드라이브 모드에서, 임계 값 전압 제어 (양의 시프트) 및 단락 효과 억제 (상승 특성 (S- 슬로프)이 동시에 달성된다

이 결과를 통해 Double Gate MOSFET을 4 개의 터미널로 변환 할 수 있었으며, 이는 차세대 트랜지스터 일 것으로 예상되며, 그 기능의 추가 확장을 허용합니다 최적의 임계 값 제어를 통해 에너지와 속도를 절약 할 수 있고 동적으로 제어 할 수있는 혁신적인 LSI 키 장치 일 것으로 예상됩니다 앞으로이 고급 MOS 장치를 최적으로 사용하는 혁신적인 4 터미널 드라이브 이중 게스피드 바카라 MOS 통합 회로 기술을 만들고자합니다

◆ Double Gate Mosfet (금속-산화물-비도체 전계 효과 트랜지스터: 금속-산화물-비도 덕터 필드 효과 트랜지스터)

하나의 게스피드 바카라가있는 일반 벌크 MOSFET, 두 개의 게스피드 바카라가 얇은 채널 층으로 향하게 된 두 개의 게스피드 바카라가 그 사이에 중간에 닿았습니다 배수에서 소스로의 간섭은 이중 게스피드 바카라로 차폐 될 수 있기 때문에 소형화에 가장 적합한 MOSFET이므로 짧은 채널 효과를 억제 할 수 있습니다 이들에는 세 가지 유형이 있습니다 : 평면 채널이있는 평면 유형, 스탠딩 채널이있는 핀 유형 및 수평으로 전류 흐름이 수직으로 흐르는 수직 유형 평면 유형이 원래 제안되었지만 제조 기술은 어렵고 지느러미와 수직 유형이 일반적이므로 이중 게스피드 바카라를 쉽게 만들 수 있습니다 이 기존의 이중 게스피드 바카라 MOSFET에서, 이중 게스피드 바카라는 한 번에 만들어 지므로 분리되지 않으며 3 개의 단자 만 작동 할 수 있습니다[참조로 돌아 가기]

◆ 게스피드 바카라 임계 값 전압 V_th

MOSFET을 스위치로 볼 때 드레인 전류가 OFF 상태에 도달하는 경계의 게스피드 바카라 전압을 나타냅니다 이 V_th에 차이가있는 경우 오작동 또는 과도한 전원 공급 장치 전압이 필요하므로 통합 회로를 제작할 수 없습니다[참조로 돌아 가기]

◆ 짧은 채널 효과

게스피드 바카라 길이 (및 채널 길이)가 감소함에 따라 트랜지스터 특성의 악화가 나타납니다 배수 영향이 소스에 도달하고 소스가 접근함에 따라 게스피드 바카라가 열악하기 때문입니다 구체적으로, v_th의 감소와 같은 문제, 서브 임계 값 전류 상승 감소 및 대기 누출 전류의 증가가 발생하여 통합이 어려워집니다[참조로 돌아 가기]

◆ ITRS 반도체 로드맵

반도체를위한 국제 기술 로드맵전 세계의 반도체 관련 인력에 대한 포괄적 인 범위로 만들어졌으며 최신 버전은 2001 년 에디션으로 반도체 필드에 대한 글로벌 가이드입니다 향후 필요한 반도체 기술에 대한 수치는 2007 년까지 단기적으로 그리고 2016 년까지 장기적으로 제기됩니다[참조로 돌아 가기]

◆ SOI WAFER

절연체의 실리콘에 대한 약어 정상적인 벌크 실리콘 웨이퍼에 비해지지 기판 위의 절연 필름에 단일 결정 실리콘 층을 갖는 웨이퍼이다 그것은 정상적인 실리콘 웨이퍼를 결합하거나 많은 양의 산소를 이식함으로써 제조된다 장치는 분리하기 쉽고 플로팅 커패시턴스가 작기 때문에 고속 LSI의 웨이퍼가 될 것으로 예상됩니다[참조로 돌아 가기]

◆ S 경사

이것은 서브 임계 값 영역 (게스피드 바카라 전압의 적용으로 인해 채널이 오프에서 상승하는 영역)에서 배수 전류를 크기로 증가시키는 데 필요한 게스피드 바카라 전압이며, 이론적 한계는 실온에서 60mv/숫자입니다 우리는 이미 전통적인 3 말단 이중 게스피드 바카라 MOSFET에 대한 이론적 한계에 가까운 값을 보여주었습니다[참조로 돌아 가기]