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山东LED显示屏新结构的研发及其未来应用场景分

文章出处:未知 人气:发表时间:2020-02-20 16:54

  从21世纪初,传统的晶体管的沟道尺寸进一步缩小到20 nm及以下的技术节点,但是技术的进一步突破就陷入困难的境地。幸运的是,科学家们创造了数个伟大的CMOS发明,继续推动了器件尺寸的缩小和性能的提高。

  (1)为了解决晶体管尺寸缩小带来的短沟道效应,科学家发明了3D FinFet晶体管。山东室外LED大屏幕鳍式场效应晶体管(fin field effect transistorFinFET)是一种新的互补式金属氧化物晶体管。如图5所示,Fin是鱼鳍的意思,FinFET命名根据晶体管的形状与鱼鳍的相似性。鱼鳍式晶体管的沟道包括一面水平方向和两面垂直方向 ,这种设计使得栅极能够将介电层的3面都包围起来,栅极的水平方向长已可小于9 nm,显著地降低了栅长。FinFET是基于传统的场效应晶体管的创新设计。在传统的晶体管结构中,其控制栅极属于平面结构,控制电流通过的栅极,只能在栅极的一侧控制电路的接通与断开。而在这种FinFET的构架中,栅门的结构类似鱼鳍的叉状3D架构,可在电路的两侧控制电路的接通与断开。这种设计可以大幅改善山东室外LED大屏幕电路控制并减少漏电流(leakage),也可以大幅缩短晶体管的栅长。这种鱼鳍式设计使得晶体管的工作电压降低到0.8 V,与传统的场效应晶体管相比,山东室外LED大屏幕开关速度提高了35%,能耗降低了55%

  (a)传统场效应晶体管

  (b)3D FinFET晶体管

  山东室外LED大屏幕传统场效应晶体管与3D FinFET晶体管的结构示意图

  (2)为了解决晶体管尺寸缩小带来的漏电流增大的现象,人们发明了High-Kmetal gate(HKMG)技术。如图6所示 ,HKMG技术是将传统的多晶硅栅极替换成金属材料电极,山东室外LED大屏幕将介电层材料由SiO2替换成高介电性的材料,比如 HfSiO(N)HfO2。与传统的CMOS相比,High- K材料能为栅极漏电流带来数量级的下降,金属电极的应用还能提高沟道载流子的迁移率。

  (a)传统多晶硅栅极晶体管

  (b)HKMG晶体管

(3)应力硅技术是提高电子和空穴载流子迁移率的一个有效手段,山东室外LED大屏幕电子的迁移率随着拉应力的增加而增加,空穴的迁移率随着压应力的增加而增加。所以,在PMOS器件上,通常应用锗硅源漏工艺,在沟道产生压应力,能显著提高PMOS沟道空穴的迁移率;而在MNOS器件上,山东室外LED大屏幕通常使用碳硅源漏工艺,在沟道产生拉应力,能显著提高NMOS沟道电子的迁移率。

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