Транзистор меняется на наших глазах
Александр Альбов (С.-Петербург)
Глава первая. Гафний
Как известно, серьезным барьером на пути миниатюризации транзисторов является утечка электрического тока при работе транзистора. Чем меньше транзистор - тем больше ток утечки, и, следовательно, выше тепловыделение. По этой причине ученые ищут замену "классическим" планарным полупроводниковым транзисторам с поликремниевым затвором. Сегодня ни у кого не вызывает сомнений тот факт, что CMOS-транзисторы должны меняться, причем очень быстро.
Все полевые транзисторы содержат специальный изолирующий слой - тонкую диэлектрическую пленку под затвором - электродом, управляющим "включением" и "выключением" транзистора. Свойства диэлектрика затвора оказывают решающее влияние на работу транзистора. Последние 40 лет в качестве основного материала для диэлектрика затвора использовался диоксид кремния (SiO2), что обусловлено его технологичностью и возможностью некоторого улучшения характеристик транзисторов по мере уменьшения размеров.
На сегодняшний день в транзисторах толщина слоя диэлектрика затвора из диоксида кремния составляет всего 1,2 нанометра - то есть, сопоставима с пятью атомарными слоями! Фактически, это уже близко к физическому пределу для данного материала. По сути дела, слой из диоксида кремния перестает быть препятствием для свободного дрейфа электронов, в силу чего пропадает возможность управления состоянием транзистора.
 Поэтому при переходе к 45-нм нормам техпроцесса для создания затворов транзисторов с малыми токами утечек инженеры Intel решили использовать новый материал для диэлектрика - так называемый high-k диэлектрик на базе солей металла гафния с высоким показателем диэлектрической проницаемости k. В результате ток утечки удалось сократить более чем в 10 раз по сравнению с диоксидом кремния, не потеряв при этом возможность управлять транзистором.
Однако новый диэлектрик оказался плохо совестим с затвором из поликремния, что препятствовало достижению высокого быстродействия. Для решения этой проблемы затвор в новых транзисторах был выполнен из металла. Пленка из диэлектрика наносится последовательными слоями толщиной всего в один атом.
| 
