Metal gate
મેટલ ગેટ, લેટરલ મેટલ-ઓક્સાઇડ-સેમિકન્ડક્ટર (એમ. ઓ. એસ.) સ્ટેકના સંદર્ભમાં, ટ્રાન્ઝિસ્ટરની ચેનલમાંથી ઓક્સાઇડ દ્વારા અલગ કરાયેલ ગેટ ઇલેક્ટ્રોડ છે-ગેટ મટિરિયલ મેટલમાંથી બનાવવામાં આવે છે. 1970ના દાયકાના મધ્યભાગથી મોટાભાગના એમ. ઓ. એસ. ટ્રાન્ઝિસ્ટરમાં, ધાતુ માટે "એમ" ને બિન-ધાતુ દ્વાર સામગ્રી દ્વારા બદલવામાં આવ્યું છે. પ્રથમ MOSFET (મેટલ-ઓક્સાઇડ-સેમિકન્ડક્ટર ફિલ્ડ-ઇફેક્ટ ટ્રાન્ઝિસ્ટર) 1959માં બેલ લેબ્સ ખાતે મોહમ્મદ અટાલા અને દાવોન કાહંગ દ્વારા બનાવવામાં આવ્યું હતું અને 1960માં તેનું પ્રદર્શન કરવામાં આવ્યું હતું. તેઓ સિલિકોનનો ઉપયોગ ચેનલ સામગ્રી તરીકે અને બિન-સ્વ-સંરેખિત એલ્યુમિનિયમ દ્વાર તરીકે કરતા હતા. એલ્યુમિનિયમ ગેટ મેટલ (સામાન્ય રીતે વેફર સપાટી પર બાષ્પીભવન વેક્યૂમ ચેમ્બરમાં જમા થાય છે) 1970 ના દાયકાની શરૂઆતમાં સામાન્ય હતું. 1970 ના દાયકાના અંત સુધીમાં, ફેબ્રિકેશનની ગૂંચવણો અને કામગીરીના મુદ્દાઓને કારણે ઉદ્યોગ મેટલ-ઓક્સાઇડ-સેમિકન્ડક્ટર સ્ટેકમાં દ્વાર સામગ્રી તરીકે એલ્યુમિનિયમથી દૂર થઈ ગયો હતો. એલ્યુમિનિયમને બદલવા માટે પોલિસિલિકન (પોલિક્રિસ્ટલાઇન સિલિકોન, તેના વિદ્યુત પ્રતિકારને ઘટાડવા માટે દાતાઓ અથવા સ્વીકારનારાઓ સાથે અત્યંત ડોપ્ડ) નામની સામગ્રીનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો. રાસાયણિક વરાળ જમા (સીવીડી) દ્વારા પોલિસિલિકન સરળતાથી જમા કરી શકાય છે અને તે પછીના ઉત્પાદન પગલાં માટે સહનશીલ છે જેમાં અત્યંત ઊંચા તાપમાન (900-1000 °C થી વધુ) નો સમાવેશ થાય છે, જ્યાં ધાતુ ન હતી. ખાસ કરીને, ધાતુ (સામાન્ય રીતે એલ્યુમિનિયમ એ પ્રકાર III (પી-પ્રકાર) ડોપન્ટ) આ થર્મલ એનિલિંગ પગલાં દરમિયાન સિલિકોનમાં (એલોય સાથે) વિખેરાઈ જવાનું વલણ ધરાવે છે. ખાસ કરીને, જ્યારે સ્ફટિક દિશા સાથે સિલિકોન વેફર પર ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, ત્યારે અંતર્ગત સિલિકોન સાથે એલ્યુમિનિયમ (વિસ્તૃત ઉચ્ચ તાપમાન પ્રક્રિયાના પગલાઓથી) નું વધુ પડતું મિશ્રણ એલ્યુમિનિયમની નીચે ફેલાયેલા FET સ્રોત અથવા ડ્રેઇન વિસ્તારો વચ્ચે શોર્ટ સર્કિટ બનાવી શકે છે. આ શોર્ટ્સ સિલિકોન-એલ્યુમિનિયમ એલોયના પિરામિડલ આકારના સ્પાઇક્સ દ્વારા બનાવવામાં આવે છે જે સિલિકોન વેફરમાં ઊભી રીતે "નીચે" તરફ નિર્દેશ કરે છે. સિલિકોન પર એલ્યુમિનિયમને એનેલ કરવા માટેની વ્યવહારુ ઉચ્ચ-તાપમાન મર્યાદા 450 ડિગ્રી સેલ્સિયસના ક્રમ પર છે. પોલિસિલિકન સ્વ-સંરેખિત દરવાજાના સરળ ઉત્પાદન માટે પણ આકર્ષક છે. સ્ત્રોત અને ડ્રેઇન ડોપન્ટ અશુદ્ધિઓનું આરોપણ અથવા પ્રસાર દ્વારની જગ્યાએ કરવામાં આવે છે, જે સ્તરોની ખોટી ગોઠવણીની સંભાવના સાથે વધારાના લિથોગ્રાફિક પગલાં વિના દ્વાર સાથે સંપૂર્ણ રીતે સંરેખિત ચેનલ તરફ દોરી જાય છે. એન. એમ. ઓ. એસ. અને સી. એમ. ઓ. એસ. તકનીકોમાં, સમય જતાં અને ઊંચા તાપમાને, દ્વાર માળખા દ્વારા કાર્યરત હકારાત્મક વોલ્ટેજ હકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ દ્વારની નીચેની કોઈપણ હાલની હકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ સોડિયમ અશુદ્ધિઓને ગેટ ડાઇલેક્ટ્રિક દ્વારા ફેલાવી શકે છે અને ઓછી-સકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ ચેનલની સપાટી પર સ્થળાંતર કરી શકે છે, જ્યાં સકારાત્મક સોડિયમ ચાર્જ ચેનલની રચના પર વધુ અસર કરે છે, આમ એન-ચેનલ ટ્રાન્ઝિસ્ટરનો થ્રેશોલ્ડ વોલ્ટેજ ઘટાડે છે અને સંભવિત રીતે સમય જતાં નિષ્ફળતાનું કારણ બને છે. અગાઉની પી. એમ. ઓ. એસ. તકનીકો આ અસર પ્રત્યે સંવેદનશીલ નહોતી કારણ કે હકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ સોડિયમ કુદરતી રીતે નકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ દ્વાર તરફ અને ચેનલથી દૂર આકર્ષિત થતું હતું, જે થ્રેશોલ્ડ વોલ્ટેજ શિફ્ટને ઘટાડતું હતું. એન-ચેનલ, મેટલ ગેટ પ્રક્રિયાઓ (1970 ના દાયકામાં) એ તે સમયમર્યાદામાં હાંસલ કરવા માટે ખૂબ જ ઉચ્ચ ધોરણની સ્વચ્છતા (સોડિયમની ગેરહાજરી) લાદવામાં આવી હતી, જેના પરિણામે ઉચ્ચ ઉત્પાદન ખર્ચ થયો હતો. પોલીસીલીકોન ગેટ્સ એ જ ઘટના પ્રત્યે સંવેદનશીલ હોવા છતાં, કોઈપણ સોડિયમ સાથે પ્રતિક્રિયા કરવા માટે અનુગામી ઉચ્ચ-તાપમાન પ્રક્રિયા (સામાન્ય રીતે "ગેટ્ટરિંગ" તરીકે ઓળખાય છે) દરમિયાન નાના પ્રમાણમાં એચસીએલ ગેસના સંપર્કમાં આવી શકે છે, જે તેની સાથે બંધાઈને એનએસીએલ બનાવે છે અને તેને ગેસના પ્રવાહમાં લઈ જાય છે, જે આવશ્યકપણે સોડિયમ મુક્ત ગેટનું માળખું છોડી દે છે જે વિશ્વસનીયતામાં વધારો કરે છે. જો કે, વ્યવહારુ સ્તરે ડોપ કરેલ પોલીસીલીકોન ધાતુઓનો લગભગ શૂન્ય વિદ્યુત પ્રતિકાર પ્રદાન કરતું નથી, અને તેથી ટ્રાન્ઝિસ્ટરની ગેટ કેપેસિટન્સને ચાર્જ કરવા અને વિસર્જિત કરવા માટે આદર્શ નથી, જે સંભવિત રીતે ધીમી સર્કિટરીમાં પરિણમે છે. આધુનિક પ્રક્રિયાઓ ધાતુ તરફ પાછી ફરે છે 45 એનએમ નોડથી આગળ, મેટલ ગેટ ટેકનોલોજી ઇન્ટેલના વિકાસ દ્વારા અગ્રણી ઉચ્ચ-ડાયલેક્ટ્રિક (ઉચ્ચ-κ) સામગ્રીના ઉપયોગ સાથે પરત આવે છે. મેટલ ગેટ ઇલેક્ટ્રોડ માટેના ઉમેદવાર એન. એમ. ઓ. એસ., ટી. એ., ટી. એ. એન., એન. બી. (સિંગલ મેટલ ગેટ) અને પી. એમ. ઓ. એસ. ડબલ્યુ. એન./આર. યુ. ઓ. 2 (પી. એમ. ઓ. એસ. મેટલ ગેટ સામાન્ય રીતે ધાતુના બે સ્તરો દ્વારા બનેલો હોય છે) માટે છે. આ દ્રાવણને કારણે, ચેનલ પરની તાણ ક્ષમતામાં સુધારો કરી શકાય છે (ધાતુના દ્વાર દ્વારા). વધુમાં, આ દ્વારમાં (ધાતુની અંદર ઇલેક્ટ્રોનના સ્વભાવને કારણે) ઓછા વર્તમાન વિક્ષેપ (સ્પંદનો) ને સક્ષમ કરે છે. ગેટ ઓક્સાઇડ મલ્ટીગેટ ઉપકરણ સંદર્ભો એમ. ઓ. એસ. એફ. ઇ. ટી. ની અર્ધચાલક રચનાઓ પણ જુઓ.