Chipfabrikanten op zoek naar nieuwe materialen

Eerder vandaag konden we al lezen op EE Times over de vorderingen die Motorola maakt met het ontwerp van hun finFET. Maar EE Times laat het niet bij dat ene bericht, want er zijn vandaag meer interessante ontwikkelingen op het gebied van microelectronica te melden. Motorola en Texas Instruments willen namelijk de polykristallijnsilicium gate van transistors vervangen door een metalen gate.

Polykristallijnsilicium is een laagje silicium met een kristalstructuur waar vreemde atomen aan toe zijn gevoegd om het beter te laten geleiden. Het probleem is echter dat deze vreemde atomen er ook voor kunnen zorgen dat de isolator die tussen de gate en het kanaal van de FET zit ook gaat geleiden. Om dit op te lossen moet de isolator dikker worden gemaakt met als bijeffect dat de transistor langzamer schakelt. Metalen daarentegen zijn goede geleiders en hoeven dus niet met vreemde atomen vervuild te worden waardoor de isolatielaag dun kan blijven. Helaas hebben de meeste metalen niet de eigenschappen van polykristallijnsilicium die nodig zijn om een gate te maken. Maar er is hoop, Motorola zal op de International Electron Devices Meeting een aantal metalen presenteren die wel de goede eigenschappen hebben.

Reacties (10)

[JumpStart]

Polykristallijnsilicium is een laagje silicium met een kristalstructuur waar vreemde atomen aan toe zijn gevoegd om het beter te laten geleiden.

Hooo, fout!

Er worden hier 2 dingen door elkaar gehaald. Polykristallijn betekent dat het silicium slechts lokaal netjes rangordelijk gestapeld is, maar dat even verderop silicium in een andere richting netjes gestapeld is. Dus is er sprake van meerdere kristallen in 1 stuk silicium. Vandaar polykristallijn.

Dit in tegenstelling tot eenkristallijn (of in het engels single-crystal) silicium, waarbij de atomen silicium in het gehele volume silicium in precies dezelfde richting geordend/gestapeld zijn.

Dat heeft dus niets met laagdikte te maken.

Doteren is de 'truuk' van het expres met andere atomen (anders dan silicium atomen) verontreinigen van silicium om een betere geleiding te krijgen.

Het probleem van gedoteerd polykristallijn silicium is dat de grensgebieden tussen verschillende orientaties een soort 'snelweg' vormen voor de vreemde atomen, de verontreiniging/dotering. Dat wil je juist niet hebben, want die dotering moet op z'n plek blijven zitten en niet aan de wandel gaan. Om dit te vervangen door metalen probeert men dit soort degratatie af te vangen.

(Het EE artikel slaat de plank dus ook mis, want "polysilicon atoms" bestaan niet: of iets polycrystalline of single-crystalline is hangt af van of er wel of niet verschillende orientaties van stapelingen atomen voorkomen binnen 1 volume.)

(Wat een post zeg, om 06:00 )

[Verwijderd]

Wat wel klopt is dat het polykristallijne silicium (polysilicon) waar de gates van gemaakt worden niet zo'n enorm goede geleider is. De truuk die bij de huidige halfgeleiderprocessen wordt gebruikt om daar iets aan te doen is het "salicideren" van de gate. Hierbij wordt het polysilicon in aanraking gebracht met bijvoorbeeld titanium, waardoor de bovenste laag van het polysilicon omgezet wordt in het veel beter geleidende silicide (TiSi2 in geval van titanium). Het resultaat is dat de weerstand van het polysilicon met een factor 5 tot 10 daalt.

[DeTrucIs]

Wat in alle bovenstaande postings mist, is de invloed van paracitaire capaciteiten. Om transistoren sneller te maken, moeten de capaciteiten zo laag mogelijk blijven (laden en ontladen kost tijd). Door de gate niet aan te sluiten met polysilicium, maar direct met metaal, worden de gate capaciteiten aanmerkelijk verkleind.

[Ralph Smeets]

En zo leer je als nieuwsposter ook nog eens wat

Je hebt inderdaad gelijk JumpStart. Bij deze dus bedankt voor het stukje opfriscursus die ik na bijna zes jaar afgestuurd te zijn dus hard nodig had

Als ik het artikel van EE Times trouwens goed begrijp, gaan de vreemde atomen zich juist verplaatsen onder de invloed van warmte richting de isolator en gaan zelfs in de isolator zitten waardoor deze voor een gedeelte gaat geleiden.

[Verwijderd]

Hee, dat is dus weer terug in de tijd! In het begintijdperk van deze techniek werden de gates van de transistoren namelijk ook van metaal gemaakt. Dan zou de afkorting MOS-FET eindelijk ook weer gaan kloppen. Dat staat immers voor Metal Oxide Semiconductor FET, terwijl tegenwoordig eigenlijk alle gates van silicium gemaakt zijn. De naam is echter nooit gemoderniseerd, waarschijnlijk omdat SOS-FET niet zo catchy klinkt

[Aetje]

Metaal geleid beter -> minder weerstand -> minder stroomverbruik -> minder hitte uit het transistortje. Zou een HEEL goede zaak zijn. (Met het oog op de miljoenen FET's in CPU's en andere chips).

[Robin]

Daar heb je het verkeerd . Germanium en silicium zijn metalen de enige twee metalen die beter geleiden als ze warmer worden. Andere metalen geleiden slechte naarmate ze warmer worden. Daarom worden silicium en germanium gebruikt als grondstof voor processors en geen andere metalen zoals goud en zilver (om even twee metalen te noemen . ) .

[Verwijderd]

Hmm... Eventjes graven, scheikundeles is alweer een flinke tijd terug :

Germanium en silicium zijn amfotere elementen, wat inhoud dat ze zowel metallische als niet-metallische eigenschappen hebben. Metalen zijn gewoon geleiders (een van de basiseigenschappen van een metaal in 'pure' vorm is de goede geleiding). Ge en Si zijn halfgeleiders.

Als ik het me goed herinner worden de schakelingen in een chip lithografisch op een siliciumplaat aangebracht. Die moet dus wel isoleren! Lijkt me dus geen reden om voor de betere geleiding bij temperatuurstijging te kiezen van Si of Ge...

edit:
toevoeginkje

Trouwens, zelfs bij een temperatuur van 80 graden Celsius geleid zilver nog stukken beter dan Silicium of Germanium, dus dat zal ZEKER niet de reden zijn om voor silicium te kiezen...

Goud is sowieso geen optie : het is VEEL duurder dan zilver en geleid slechter (zilver is de beste 'pure' geleider, hoewel er wel legeringen zijn die nog beter geleiden).

[Ralph Smeets]

Silicium wordt gebruikt omdat het een halfgeleider is

Silicium heeft deze eigenschap omdat de buitenste valentie band geheel gevuld is met electronen. Door bijvoorbeeld aan een kant het silicium met atomen te doteren die minder electronen (gaten) in de valentie band en de andere kant met atomen met meer electronen in de valentie band, krijg je een diode. Als er namelijk spanning op wordt aangebracht, gaan de electronen die aan de ene kant over zijn, in de gaten aan de andere kant zitten. Hierdoor is electrische geleiding niet meer mogelijk. Tenzij je de spanning omdraait en hierdoor de electronen die over zijn uit het silicium trekt aan de ene kant en de gaten opvult aan de andere kant.

Dit is dus de basis van microelectronica schakelingen en kan in feite alleen bereikt worden met halfgeleiders waaraan vreemde atomen toegebracht zijn.

[Adm.Spock]

Hey metaal wordt waarschijnlijk in de vorm van een vork/hark over de gate of tussen de gate door aangelegd. Waarbij de Source en de Drain waarschijnlijk dan ook van metaal zijn. Woei! Powerrrrr!