Polysilicon depletion effect
પોલીસીલીકોન અવક્ષય અસર એ એવી ઘટના છે જેમાં ગેટ સામગ્રી તરીકે પોલીસીલીકોનનો ઉપયોગ કરીને MOSFET ઉપકરણોના થ્રેશોલ્ડ વોલ્ટેજની અનિચ્છનીય વિવિધતા જોવા મળે છે, જે ઇલેક્ટ્રોનિક સર્કિટના અણધાર્યા વર્તન તરફ દોરી જાય છે. આ વિવિધતાને કારણે આ મુદ્દાને ઉકેલવા માટે હાઈ-કે ડાઇલેક્ટ્રિક મેટલ ગેટ્સ (એચકેએમજી) રજૂ કરવામાં આવ્યા હતા. પોલીક્રિસ્ટલાઇન સિલિકોન, જેને પોલીસિલિકન પણ કહેવાય છે, તે નાના સિલિકોન સ્ફટિકોની બનેલી સામગ્રી છે. બાદમાં સેમિકન્ડક્ટર ઇલેક્ટ્રોનિક્સ અને સૌર કોષો માટે ઉપયોગમાં લેવાતા મોક્રિસ્ટલાઇન સિલિકોન અને પાતળા ફિલ્મ ઉપકરણો અને સૌર કોષો માટે ઉપયોગમાં લેવાતા આકારહીન સિલિકોનથી અલગ છે. દ્વાર સામગ્રીની પસંદગી દ્વાર સંપર્ક પોલીસીલીકોન અથવા ધાતુનો હોઈ શકે છે, અગાઉ પોલીસીલીકોનને ધાતુની જગ્યાએ પસંદ કરવામાં આવ્યું હતું કારણ કે પોલીસીલીકોન અને ગેટ ઓક્સાઇડ (SiO2) વચ્ચેનું જોડાણ અનુકૂળ હતું. પરંતુ પોલી-સિલિકોન સ્તરની વાહકતા ખૂબ ઓછી હોય છે અને આ ઓછી વાહકતાને કારણે, ચાર્જ સંચય ઓછો હોય છે, જે ચેનલની રચનામાં વિલંબ તરફ દોરી જાય છે અને આમ સર્કિટમાં અનિચ્છનીય વિલંબ થાય છે. પોલી સ્તરને એન-પ્રકાર અથવા પી-પ્રકારની અશુદ્ધિ સાથે ડોપ કરવામાં આવે છે જેથી તે સંપૂર્ણ વાહકની જેમ વર્તે અને વિલંબ ઘટાડે. ડોપ્ડ પોલીસીલીકોન ગેટ ગેરફાયદા Vgs = ગેટ વોલ્ટેજ Vth = થ્રેશોલ્ડ વોલ્ટેજ n + = ઉચ્ચ ડોપ્ડ N ક્ષેત્ર nMOS ટ્રાન્ઝિસ્ટરની આકૃતિ 1 (a) માં એવું જોવા મળ્યું છે કે બાહ્ય વિદ્યુત ક્ષેત્રની ગેરહાજરીને કારણે મુક્ત બહુમતી વાહકો સમગ્ર માળખામાં વિખેરાયેલા હોય છે. જ્યારે દ્વાર પર હકારાત્મક ક્ષેત્ર લાગુ કરવામાં આવે છે, ત્યારે વેરવિખેર વાહકો પોતાને આકૃતિ 1 (બી) ની જેમ ગોઠવે છે, ઇલેક્ટ્રોન દ્વાર ટર્મિનલની નજીક જાય છે પરંતુ ખુલ્લી સર્કિટ રૂપરેખાંકનને કારણે તેઓ વહેવાનું શરૂ કરતા નથી. ચાર્જના વિભાજનના પરિણામે પોલીસીલીકોન-ઓક્સાઇડ ઇન્ટરફેસ પર અવક્ષય ક્ષેત્ર રચાય છે, જે MOSFET માં ચેનલની રચના પર સીધી અસર કરે છે. એન + પોલીસીલીકોન ગેટ સાથેના એન. એમ. ઓ. એસ. માં, બહુપરીક્ષય અસર દાતા આયનો (એન. ડી.) ના (+) વી ક્ષેત્ર અને ગેટ ટર્મિનલ પર બાહ્ય રીતે લાગુ (+) વી ક્ષેત્રની સંયુક્ત અસર દ્વારા ચેનલની રચનામાં મદદ કરે છે. મૂળભૂત રીતે પોલિસિલિકન પર (+) વી ચાર્જ ડોનર આયનો (એન. ડી.) નું સંચય વ્યુત્ક્રમ ચેનલની રચનામાં વધારો કરે છે અને જ્યારે વ્યુત્ક્રમ સ્તર રચાય છે, જે આકૃતિ 1 (બી) માં જોઈ શકાય છે જ્યાં વ્યુત્ક્રમ ચેનલ બને છે. પોલીસીલીકોનનો અવક્ષય ફેબ્રિકેશન પ્રક્રિયાના આધારે ટ્રાન્ઝિસ્ટરમાં બાજુની બાજુએ બદલાઈ શકે છે, જે ચોક્કસ ટ્રાન્ઝિસ્ટર પરિમાણોમાં નોંધપાત્ર ટ્રાન્ઝિસ્ટર પરિવર્તન તરફ દોરી શકે છે. મેટલ ગેટ્સ ફરીથી રજૂ કરવામાં આવ્યા ઉપરોક્ત કારણોસર જેમ જેમ ઉપકરણો સ્કેલિંગ (32-28 nm નોડ્સ) પર નીચે જાય છે તેમ પોલી ગેટ્સને મેટલ ગેટ્સ દ્વારા બદલવામાં આવે છે. નીચેની તકનીકને હાઇ-કે ડાઇલેક્ટ્રિક મેટલ ગેટ (એચકેએમજી) એકીકરણ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. 2011 માં ઇન્ટેલે વિવિધ નોડ્સની તેમની બનાવટ પ્રક્રિયાઓ અંગે એક પ્રેસ-કિટ બહાર પાડી છે, જેમાં મેટલ ગેટ ટેકનોલોજીનો ઉપયોગ દર્શાવવામાં આવ્યો છે. ડોપ્ડ પોલિસિલિકનને અગાઉ એમ. ઓ. એસ. ઉપકરણોમાં દ્વાર સામગ્રી તરીકે પસંદ કરવામાં આવતું હતું. પોલિસિલિકોન્સનો ઉપયોગ તેમના કાર્ય કાર્ય તરીકે કરવામાં આવતો હતો જે સી સબસ્ટ્રેટ (જે એમ. ઓ. એસ. એફ. ઇ. ટી. ના નીચા થ્રેશોલ્ડ વોલ્ટેજમાં પરિણમે છે) સાથે મેળ ખાય છે. મેટલ ગેટ્સને તે સમયે ફરીથી રજૂ કરવામાં આવ્યા હતા જ્યારે મુખ્ય પ્રવાહની CMOS ટેકનોલોજીમાં ગેટ ઓક્સાઇડ તરીકે હાફ્નિયમ ઓક્સાઇડ જેવા ઉચ્ચ-કે ડાઇલેક્ટ્રિક દ્વારા SiO2 ડાઇલેક્ટ્રિકને બદલવામાં આવી રહ્યા છે. ગેટ ડાઇલેક્ટ્રિક સાથેના ઇન્ટરફેસ પર પણ, પોલિસિલિકન એક સિઓક્સ સ્તર બનાવે છે. વધુમાં, ફર્મિ લેવલ પિનિંગ થવાની ઉચ્ચ સંભાવના રહે છે. તેથી ડોપ્ડ પોલી સાથેની અસર એ થ્રેશોલ્ડ વોલ્ટેજમાં અનિચ્છનીય ઘટાડો છે જે સર્કિટ સિમ્યુલેશન દરમિયાન ધ્યાનમાં લેવામાં આવ્યો ન હતો. એમ. ઓ. એસ. એફ. ઇ. ટી. ના વી. ટી. એચ. માં આ પ્રકારના ફેરફારને ટાળવા માટે, હાલમાં પોલીસીલીકોન કરતાં ધાતુના દ્વારને પ્રાધાન્ય આપવામાં આવે છે. એન. એમ. ઓ. એસ. માં પોલીસીલીકોન ગેટ અવક્ષય અસરમાં ઘટાડો ડ્રેઇન-પ્રેરિત અવરોધ ઘટાડે છે ગેટ સામગ્રી ઇન્ટેલ સંદર્ભો દ્વારા માઇક્રોપ્રોસેસરનું નિર્માણ ટ્રાન્ઝિસ્ટર સેમિકન્ડક્ટર ઉપકરણો સેમિકન્ડક્ટર ટેકનોલોજી એમ. ઓ. એસ. એફ. ઇ. ટી.