Туннелирование и пробой Опции

[BarsMonster]

Вопрос о масштабах:
Нашел что пробой SiO2 начинается на 0.8 - 1.1 V на нм, а туннелирование через 1нм SiO2 - 10^6 А/м2 даже при 1 вольте.

Или я ошибаюсь где-то, или устройства на тунельных эффектах просто не должны работать :-)
Что можно почитать по этой теме?

Сообщение отредактировал BarsMonster - Oct 2 2010, 23:10

[Tanya]

Что можно почитать по этой теме?

А что Вас интересует?

[zzzzzzzz]

Вопрос о масштабах:
Нашел что пробой SiO2 начинается на 0.8 - 1.1 V на нм, а туннелирование через 1нм SiO2 - 10^6 А/м2 даже при 1 вольте.

Весьма популярная книжка по технологии была в свое время - С.Зи. С тех пор более качественного учебника по общим вопросам не встречал.
Пробой могу подтвердить, - на практике 500 А^о затворы держат около 50 В. Т.е. 1 В на 1 нм.
А с туннелированием Вас как-то немного обманывают. 1мкА/1мкм² случится где-то в районе порядка десятков вольт. Т.е, например, для тех же 50 нм ток в 20 нА можно ожидать где-то в районе 30 В. Естественно, всё определяется качеством окисла. Для очень тонких окислов, правда, работает уже другая физика. Там влияние дефектов окисла и поверхностных состояний значительно сильнее. Возможно, речь шла как раз о толщинах порядка единиц нм.

[nikolascha]

У нас для окисла 7.5 нм пробой 7-8 В, но, я так понимаю, что пробой начинается с туннелирования, после прохождении определённого заряда через окисел наступает пробой, т.е. окисел разрушается (становится проводящим). Другими словами, при напряжении 5 В окисел пробъётся за несколько часов, на 7 В за несколько секунд, а на 7.5 В за доли секунды. Это, вроде как, известная в литературе зависимость, исходя из которой выбирают напряжение и время программирования, чтобы обеспечить необходимое число циклов стирания/записи ячейки ЭСППЗУ.

[zzzzzzzz]

У Вас не тот окисел. Для памяти ведь используют Si₃N₄. Да еще и с квази-слоем "ловушек" для заряда.
Более корректно посмотреть в сторону диодов Шоттки. Но и там не всё так прямолинейно из-за краевых эффектов.

[nikolascha]

У Вас не тот окисел. Для памяти ведь используют Si₃N₄. Да еще и с квази-слоем "ловушек" для заряда.

Вы наверно имеете ввиду ячейку не на туннелировании, а на горячих носителях... Я конечно не технолог и могу ошибаться, но на 90% у нас в тунельном окисле только SiO₂, Si₃N₄ используется в межслойном диэлектрике между двумя затворами.

[Tanya]

Вопрос о масштабах:
Нашел что пробой SiO2 начинается на 0.8 - 1.1 V на нм, а туннелирование через 1нм SiO2 - 10^6 А/м2 даже при 1 вольте.

Может быть, корень Ваших заблужденией в том, что тут эффекты нелинейные. Например, при толщине 1 нм никакого пробоя не будет.
Даже при напряжении больше вольта... А туннелирование тоже нелинейно зависит от расстояния...Очень.
Вот и получается, что туннелирование начинается, а пробой кончается...

[zzzzzzzz]

Вы наверно имеете ввиду ячейку не на туннелировании, а на горячих носителях... Я конечно не технолог и могу ошибаться, но на 90% у нас в тунельном окисле только SiO₂, Si₃N₄ используется в межслойном диэлектрике между двумя затворами.

Да всё правильно, первый (нижний) окисел SiO2, но потенциал прикладывается к верхнему затвору. Т.е. начало туннелирования надо пересчитывать, исходя из получаемой напряженности поля в первом окисле, но не из потенциала на верхнем затворе.
Впрочем, чего это мы углубляемся, в книжках всё это хорошо расписано. Хоть в том же Зи.

[nikolascha]

Да всё правильно, первый (нижний) окисел SiO₂, но потенциал прикладывается к верхнему затвору. Т.е. начало туннелирования надо пересчитывать, исходя из получаемой напряженности поля в первом окисле, но не из потенциала на верхнем затворе.

Я приводил даные как раз для случая, когда напряжение прикладывается к первому (плавающему) затвору, т.е. непосредственно на инжектор, т.к. для программирования на управляющий затвор подаётся напряжение 14-16 В.

[BarsMonster]

Возможно, речь шла как раз о толщинах порядка единиц нм.

Да, в данном случае речь именно о слое в 1нм, понятно что с ростом расстояния туннелирование очень быстро и нелинейно падает.

[zzzzzzzz]

Да, в данном случае речь именно о слое в 1нм, понятно что с ростом расстояния туннелирование очень быстро и нелинейно падает.

Ну, для таких толщин, в несколько межатомных расстояний, остается верить тому, что говорят экспериментаторы. Так как это слабо поддается описанию в классическом виде. Сплошь - чудеса, поверхностные и краевые эффекты. Физика с математикой туда пока заглядывают так, поглядеть. И уползают обратно.

[DS]

А как Вы собираентесь гарнтировать толщину 1 нм ? Это же считанные атомные слои. Из чистой статистики у Вас толщина будет плавать на десятки процентов, а учитывая, что туннельный ток растет по экспоненте - можно получить самый разный результат в одних и тех же условиях.

[Tanya]

А как Вы собираентесь гарнтировать толщину 1 нм ? Это же считанные атомные слои. Из чистой статистики у Вас толщина будет плавать на десятки процентов, а учитывая, что туннельный ток растет по экспоненте - можно получить самый разный результат в одних и тех же условиях.

Иначе говоря, ток будет течь в самом тонком месте.

[zzzzzzzz]

Иначе говоря, ток будет течь в самом тонком месте.

Это как атомы встанут. Все два.
Где-то читал про японскую установку легирования для глубокого субмикрона.
Так вот у неё индикатор дозы показывает в атомах на кв. микрон.
Типа, поперчить и посолить...

Если верить склерозу, межатомное расстояние в кремнии 0.5 нм.

[Tanya]

Если верить склерозу, межатомное расстояние в кремнии 0.5 нм.

Мой склероз подсказывает, что в таком случае кремний был бы неплохим материалом для аэростатов. Ну не совсем, конечно...

[zzzzzzzz]

Мой склероз подсказывает, что в таком случае кремний был бы неплохим материалом для аэростатов. Ну не совсем, конечно...

Мой склероз лучше:
http://nature.web.ru/db/msg.html?mid=1180314

Сейчас таким "опорным расстоянием" является постоянная кристаллической решетки (т.е., в данном случае - расстояние между ближайшими атомами в решетке) чистого кремния, которая равна a = м с точностью 0,03 ppm

[Tanya]

Мой склероз лучше:

28*/6*10^23/0.125*10^-27 = 370*10^3g/m^3 = 370 kg/m^3

[zzzzzzzz]

28*/6*10^23/0.125*10^-27 = 370*10^3g/m^3 = 370 kg/m^3

Ничего не знаю, 5,4307 Ангстрем. Где-то Вы ошибаетесь, наверное. По справочнику 2,33 г/см³
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D1%80%...%BD%D0%B8%D0%B9

Окисел, SiO₂, имеет межатомное примерно в 2 раза меньше, ибо атомы кислорода встраиваются в решеточные ребра. При это, некоторые связи разрываются, и от кристаллической решетки остается весьма немного.

[Tanya]

Ничего не знаю, 5,4307 Ангстрем.

Это постоянная решетки, а не расстояние между ближайшими атомами.

[zzzzzzzz]

Это постоянная решетки, а не расстояние между ближайшими атомами.

[DS]

Мой склероз лучше:
http://nature.web.ru/db/msg.html?mid=1180314

Вы путаете шаг решетки и межатомное расстояние. Для кремния межатомное расстояние = 2.35 А. Решетка состоит из ячеек, а не из атомов.

Tanya раньше успела высказаться.

[Tanya]

При это, некоторые связи разрываются, и от кристаллической решетки остается весьма немного.

Поясните свою мысль?

[zzzzzzzz]

Вы путаете шаг решетки и межатомное расстояние. Для кремния межатомное расстояние = 2.35 А.

Tanya раньше успела высказаться.

Согласен, картинка все прояснила. Хотя, 2.35 А - это, похоже, минимальное. В ячейке есть и 3.5 А между соседними по грани (корень из 50 делить на 2)

Поясните свою мысль?

Вот здесь пара хороших картинок.
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9E%D0%BA%...8%D1%8F%28IV%29

[Tanya]

Вот здесь пара хороших картинок.

И что мы видим на этих картинках?

[zzzzzzzz]

Таким образом, получается, что в 1 нм примерно 5 атомов кремния и 10 кислорода?

И что мы видим на этих картинках?

Ну, это кто что.
Кислород между атомами кремния вижу я.
Там в правом нижнем углу каждой картинки легенда есть.

[Tanya]

Ну, это кто что.

Я вот вижу, что брутто-формула на рисунке SiO3/2. Шучу немного... Сами посчитайте. А какая разница в плотности у кристаллического и плавленного кварца?

[zzzzzzzz]

.... А какая разница в плотности у кристаллического и плавленного кварца?

Это сложные вопросы для меня, ни разу не химика. А зачем нам это?

[Tanya]

Это сложные вопросы для меня, ни разу не химика. А зачем нам это?

Так узнать, сколько дефектов примерно - порванных связей по Вашей терминологии.

[zzzzzzzz]

Так узнать, сколько дефектов примерно - порванных связей по Вашей терминологии.

Сложная задача. Дело в том, что идеальный окисел выглядит как на первой картинке, а реальный - ближе ко второй. Так как окисление проводят в присутствии хоть небольшого количества, но воды. Причем, не идеальной по чистоте. И при температуре порядка 1000 градусов.
Для выращивания более-менее равномерной пленки окисла толщиной 1 нм нужно, вообще, сверхчистое производство высшего класса. В противном случае неизбежно будут "проплешины" или толщина будет гулять на лапоть туда-сюда.

[Tanya]

И при температуре порядка 1000 градусов.

При такой температуре... Не будет там водорода. И решетка будет хорошая.

[DS]

Для выращивания более-менее равномерной пленки окисла толщиной 1 нм нужно, вообще, сверхчистое производство высшего класса. В противном случае неизбежно будут "проплешины" или толщина будет гулять на лапоть туда-сюда.

При 4-5 атомных слоях она будет гулять на лапоть, с каким бубном не пляши. Из-за статистики.

[zzzzzzzz]

При 4-5 атомных слоях она будет гулять на лапоть, с каким бубном не пляши. Из-за статистики.

Кто-то уже умеет. Где-то с год назад новость была (от IBM, вроде), что наладили техпроцесс получения диэлектрических пленок в 1 атомный слой. Кагбэ, революция, говорили. Но, это не от "британских ученых" было, точно.

При такой температуре... Не будет там водорода. И решетка будет хорошая.

Эх, не общались Вы с технологами. Оне б Вас сильно разочаровали своими "нет!"

[DS]

Кто-то уже умеет. Где-то с год назад новость была (от IBM, вроде), что наладили техпроцесс получения диэлектрических пленок в 1 атомный слой. Кагбэ, революция, говорили. Но, это не от "британских ученых" было, точно.

Вопрос в определении. Для химии сгодится "в среднем 1 атомный слой" - а для электроники "в среднем" не покатит, из-за экспоненты в туннельном эффекте.

[zzzzzzzz]

Вопрос в определении. Для химии сгодится "в среднем 1 атомный слой" - а для электроники "в среднем" не покатит, из-за экспоненты в туннельном эффекте.

Про 1 слой не нашел сходу. Вот кое-что про 1 нм:

http://www.3dnews.ru/editorial/main_events_weekly_87/print

По словам разработчиков, толщина слоя диэлектрика не превышает одного нанометра, а значит, оказывается возможным создание транзисторов с применением 22-нм техпроцесса. Однако снижение толщины диэлектрика не только положительно влияет на размеры транзистора - заметно улучшаются электронные характеристики транзисторов, пропускающие через себя больший ток при меньшем приложенном напряжении. Отсюда следует, что возрастает производительность уже готовых интегральных микросхем, а значит, будущие 22-нм полупроводниковые устройства, в том числе и процессоры, станут еще более мощными. К сожалению, разработчики пока не стали раскрывать, какой именно материал используется в качестве связывающего атомы кислорода агента. Видимо, это коммерческая тайна, заполучив которую, конкуренты смогут легко добиться тех же результатов, на которые у GlobalFoundries и IBM ушли месяцы работы и инвестиции в размере миллионов долларов.

Вот тут немного тоже:
http://www.pereplet.ru/krylov/1325.html

Диоксид кремния уже более 40 лет используется для изготовления диэлектриков затвора транзистора благодаря легкости его применения в массовом производстве и возможности постоянного повышения производительности транзисторов за счет уменьшения толщины слоя диэлектрика. Специалистам Intel удалось уменьшить толщину слоя диэлектрика до 1,2 нм (что равнозначно всего пяти атомарным слоям) - такой показатель был достигнут на используемой в настоящее время 65-нанометровой технологии производства. Но дальнейшее уменьшение приводит к усилению тока утечки через диэлектрик, в результате чего растут потери тока и тепловыделение.

[DS]

Тут ничего не сказано про туннельный ток, однако. А на него натупили во всей красе и при гораздо больших толщинах диэлектрика. Т.е. транзистор может и получается с таким диэлектриком, но даром никому не нужен. И обратите внимание на "не более 1 нм" - т.е. есть места, где существенно менее. А там электрон будет перескакивать просто за счет тепловой энергии, безо всякого напряжения.

Про 5 атомных слоев что-то мне помнится не то. У Интеля речь шла про так называемый "high-k" диэлектрик, эквивалентний Si02 в 1.2 нм. А это совсем не одно и то же. Там, кажется, окись гафния вместо окиси крмения.

[zzzzzzzz]

Да, вот немножко подробнее: http://citforum.ru/hardware/microcon/reactor/

Да понятно, что это малоисследованная область.
Но, и понятно, что проблемы со временем решат.

А насчет туннелирования, - когда-то наткнулись на эффект горячих электронов в стоке NMOS.
Погоревали, и придумали LDD. Так и здесь какой-нибудь двухслойный "пирог" сочинят, и кранты туннелированию.

[DS]

Погоревали, и придумали LDD. Так и здесь какой-нибудь двухслойный "пирог" сочинят, и кранты туннелированию.

На таких расстояниях становится все равно, вакуум или вещество. Начинает стучать расстояние в показателе экспоненты, определяющей вероятность туннелирования. Так что придется придумывать, как повышать k при неизменной толщине - тут вариантов нет.

[zzzzzzzz]

На таких расстояниях становится все равно, вакуум или вещество. Начинает стучать расстояние в показателе экспоненты, определяющей вероятность туннелирования. Так что придется придумывать, как повышать k при неизменной толщине - тут вариантов нет.

Варианты есть всегда. В статейке из предыдущего топика об этом тоже есть.
Могу навскидку придумать одно из потенциальных решений.
Например, поместить чип в сильное поле с нужным вектором. Разрешив, таким образом, только квази-горизонтальные траектории электронов.

Свойства сверхтонких пленок - еще не паханное поле. У многих материалов обнаруживаются феноменальные эффекты. Например, про графен только ленивый не слышал.

А вообще, чего это мы так закапываемся? Не наше это поле-огород ...

[DS]

Да я уж говорил, тут как с бубном не пляши, на этих расстояниях электрон размазан в пространстве. Как его не направляй, он может оказаться не там, где ожидаешь.

[BarsMonster]

Весьма популярная книжка по технологии была в свое время - С.Зи. С тех пор более качественного учебника по общим вопросам не встречал.

Действительно, очень вкусная книжка (Технология СБИС, 1986, если это она конечно), однако это именно о технологиях, про туннелирование и пробой там ни слова :-)

[KriegerNsk]

Действительно, очень вкусная книжка (Технология СБИС, 1986, если это она конечно), однако это именно о технологиях, про туннелирование и пробой там ни слова :-)

Скорее всего это "Физика полупроводниковых приборов" С. Зи. 1984 г. Она в двух томах кажется. Я по ней в свое время половину лит обзора написал про туннелирование и пробои.

[R1kky]

Действительно, очень вкусная книжка (Технология СБИС, 1986, если это она конечно), однако это именно о технологиях, про туннелирование и пробой там ни слова :-)

если нужна - скину в djvu и технологию и фпп, нужно - пиши

[BarsMonster]

если нужна - скину в djvu и технологию и фпп, нужно - пиши

Спасибо, вроде нагуглилось без проблем.