Основные плюсы и минусы КНИ и КМОП структур
Плюсы и минусы КНИ структур
Плюсы:
Транзисторы, изготовленные по технологии КНИ, обладают рядом важных преимуществ над транзисторами объемных технологий с аналогичной проектной нормой.
1. Область стока/истока расположена прямо над скрытым окислом, поэтому изоляция скрытым окислом имеет существенно меньшую емкость, чем изоляция р-и-переходом в объемных транзисторах, что объясняется большей толщиной скрытого окисла и меньшей диэлектрической проницаемостью окисла по сравнению с кремнием. Это дает уменьшение паразитных емкостей (на 30-50%) и соответствующее увеличение быстродействия из-за уменьшения времени задержки КС.
2.По той же причине, из-за уменьшения паразитной емкости уменьшается динамическое энергопотребление (приблизительно на 30% при той же тактовой частоте и напряжении питания).
3. Улучшается электростатическое качество транзисторов за счет подавления геометрических короткоканальных эффектов. Повышается (на ~15%) плотность интеграции за счет уменьшения расстояния между транзисторами.
4.В КНИ-схемах отсутствуют эффекты влияния общей подложки на пороговые напряжения, как это имеет место в схемах объемной КМОП-технологии.
5. КНИ-транзисторы могут иметь очень малое (близкое к минимальному) значение подпорогового размаха (~60 мВ/декада при комнатных температурах), что позволяет снизить пороговое напряжение до 0,3 В, не увеличивая статические токи утечки. Соответственно, это позволяет уменьшать напряжение питания и динамическое энергопотребление.
|
|
|
6. Уменьшаются перекрестные помехи между линиями в смешанных схемах.
7. Из-за высокой степени изоляции перекрываются пути для развития паразитного тиристорного эффекта, часто имеющего место в n-р-n-p-структурах объемных КМОП-технологий. Отсутствуют ионизационные токи в р-n-переходах при внешних импульсных ионизационных воздействиях. Поэтому КНИ МОПТ чрезвычайно устойчивы к воздействию импульсной радиации, однако могут возникать проблемы с толстым скрытым окислом, где может накапливаться радиационно- индуцированный заряд и появляться дополнительный канал утечек.
8.Боковая межприборная изоляция [например, изоляция типа «птичий клюв» (LOCOS), мелкими канавками (STI)] дает возможность более компактного расположения элементов и более простой технологии изготовления, поскольку нет необходимости в карманах и глубоких канавках, как это имеет место в объемной технологии.
Минусы:
1. Высокая стоимость.
2. Эффект «изгиба» характеристик.
3. Уменьшение напряжения пробоя сток-карман.
|
|
|
4. Увеличенная неоднородность толщины отсеченного слоя кремния.
Плюсы и минусы КМОП структур
Плюсы:
1) Возможность интеграции большего числа функций и меньшая рассеиваемая мощность.
2) Потребляют гораздо меньше энергии в том случае если сигнал поступает с другой схемы, поскольку МОП-транзисторы являются управляемыми напряжением приборами. Это значит, что одна схема может подавать сигналы на большее количество входов КМОП-элементов.
3) Широкий диапазон напряжения питания.КМОП-схемы могут работать при напряжении от 3 до 15 вольт! Причина такого несоответствия в диапазонах питания кроется в требованиях по напряжению смещения МОП-транзисторов и биполярных транзисторов. Для управления МОП-транзисторами требуется лишь напряжение затвора (по отношению к подложке), в то время как биполярные транзисторы представляют собой управляемые током приборы.
4) Низкая статическая мощность потребления.
5) Высокая помехозащищенность.
Минусы:
1) Усложненность производственного процесса.
2) Изменение напряжения питания КМОП-схемы — определение напряжения для высокого логического уровня. Для КМОП-схемы, работающей при напряжении питания 15 В (Vdd), входной сигнал должен быть приблизительно на уровне 15 В, чтобы он был воспринят как сигнал высокого логического уровня. Порог напряжения для сигнала низкого логического уровня остаётся неизменным: около 0 В.
|
|
|
3) Одним из значительных недостатков КМОП-технологии является низкая скорость (КМОП-схемы медленнее реагируют на изменение сигнала (от низкого уровня к высокому и наоборот)).
Заключение
· Что произойдет с КМОП-схемами в будущем?
· Будут ли они когда-то вытеснены другим семейством схем, благодаря чему произойдет новый качественный скачок в развитии интегральных схем?
На данный момент, похоже, жизнеспособной альтернативы КМОП не существует. Полевые транзисторы несколько десятилетий применялись в недорогих несложных устройствах, прежде чем достигли той степени развития, когда ими стало можно заменить биполярные транзисторы в системах высокой производительности. Однако технологии, которая бы в настоящее время развивалась в секторе экономически эффективных устройств, и могла бы вытеснить со временем КМОП, нет. Кроме того, учитывая непрерывную эволюцию КМОП-технологии, альтернативная технология, способная ее заменить, должна была бы развиваться еще быстрее. Возможно, появятся какие-то новые разновидности КМОП-схем, но радикальной смены типа схем пока не предвидится.
|
|
|
Альтернативы КМОП-технологии предлагаются и исследуются. Во многих из них также взят за основу кремний (КНИ структуры). Большинство таких альтернатив предназначены для выполнения иных, по сравнению с КМОП, функций, и поэтому с большей вероятностью они добьются успеха лишь в узких нишах. Так что в области вычислительных систем общего назначения и обработки данных в обозримом будущем КМОП, по-видимому, сохранит доминирующее положение.
Наиболее перспективным направлением дальнейшего развития мне видится способность к интеграции систем. Основным компонентом вычислительных систем будущего станет не микропроцессор, а однокристалльная микросистема, реализующая большее число функций.
Литература
1) Б. С. Колосницын, Н. В. Гапоненко.Полупроводниковые приборы и элементы интегральных микросхем. П53 В 2 ч. Ч. 1 : Физика активных элементов интегральных микросхем : учеб. пособие /БГУИР, 2016. – 196 с. : ил. ISBN 978-985-543-138-2 (ч. 1).
2) О.В. Наумова ¶, И.В. Антонова, В.П. Попов, Ю.В. Настаушев, Т.А. Гаврилова, Л.В. Литвин, А.Л. Aсеeв. Нанотранзисторы кремний-на-изоляторе: перспективы и проблемы реализации /Институт физики полупроводников Сибирского отделения Российской академии наук, 630090 Новосибирск, Россия/ 2003.
3) В.П. Попов¶, А.И. Антонова, А.А. Французов, Л.Н. Сафронов, Г.Н. Феофанов, О.В. Наумова, Д.В. Киланов. Свойства структур и приборов на кремний-на-изоляторе /Институ физики полупроводников Сибирского отделения Российской академии наук, 630090 Новосибирск, Россия /2001.
4) Зебрев Г. И.
3-47 Физические основы кремниевой наноэлектроники : учебное
пособие для вузов / Г. И. Зебрев. — М. : БИНОМ. Лаборатория
знаний, 2011. — 240 с. : ил. — (Нанотехнологии).
18ВМ 978-5-9963-0181-2.
5) Зи С. Физика полупроводниковых приборов: в двух книгах. 1984 г. /пер. с англ.
Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 2155; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!