Основы наноэлектроники

Сегодня за счет применения ультрафиолетовой литографии размеры элементов уменьшены до 45 нм и уже находятся в наноразмерной области. В результате размер элемента становиться соизмеримым с длиной свободного пробега электрона. В таком случае электроны движутся в пределах элемента почти беспрепятственно, что позволяет значительно увеличить их дрейфовую скорость. Это рассматривается как проявление одного из наноразмерных эффектов.

Самый распространенный структурный элемент микропроцессора и оперативной памяти - транзистор типа «металл-окисел-полупроводник» (МОП-транзистор) приведён на рисунке 1.53

а б

Рисунок 1.53- МОП-транзистор в открытом состоянии.

Количество таких транзисторов в современном микропроцессоре приближается к 1 млрд.

МОП-транзистор состоит из легированной акцепторным элементом (P) кремниевой основы, имеющей дырки в качестве основных свободных носителей заряда, входа (истока зарядов) и выхода (стока зарядов), сильно легированных донорной примесью (N ⁺), окисного слоя диэлектрика и металлического электрода (затвора), управляющего работой транзистора. Если к затвору приложен положительный потенциал, то в слой ниже диэлектрика из истока будут притянуты электроны, образуя проводящий канал, обеспечивающий электрический ток между истоком и стоком (транзистор открыт). После снятия с затвора положительного потенциала ток исчезает (транзистор закрыт).

В обычной микроэлектронике для создания транзисторного эффекта необходим полупроводник, потому что полупроводник позволяет создать среду с легко управляемой концентрацией заряженных частиц, ответственных за проводимость. Диэлектрики ток вообще не пропускают. В металлах же концентрация свободных заряженных частиц настолько высока, что внешнее электрическое поле, приложенное через изолирующий затвор, внутрь металла практически не проникает. Однако если тот же металл взять в количестве нескольких атомов, то электронные свойства такого образования, нанокластера, будут напоминать свойства полупроводника. Это позволяет сконструировать транзистор нанометровых размеров на основе атомов металла с использованием окисла в качестве изолятора.

Использование совершенной нанотехнологии, гетеропереходов, уменьшение геометрических размеров привели к увеличению скорости движения электронов, уменьшению времени их пробега, что позволило повысить частоту переключения транзисторов до 300 ГГц.

Контрольные вопросы:

1.Какие существуют проблемы повышения степени интеграции?

2.В чем состоят основные особенности больших интегральных схем?

3.Что такое акустоэлектронные устройства и как они работают?

4.Что такое магнитоэлектронные устройства и как они работают?

5.Что такое оптоэлектронные устройства и как они работают?

Дата добавления: 2014-11-16