Metal gate
एक धातु द्वार, एक पार्श्व धातु-ऑक्साइड-अर्धचालक (एम. ओ. एस.) ढेर के संदर्भ में, ट्रांजिस्टर के चैनल से एक ऑक्साइड द्वारा अलग किया गया द्वार इलेक्ट्रोड है-द्वार सामग्री एक धातु से बनाई गई है। 1970 के दशक के मध्य से अधिकांश एम. ओ. एस. ट्रांजिस्टरों में, धातु के लिए "एम" को एक गैर-धातु द्वार सामग्री द्वारा प्रतिस्थापित किया गया है। पहला एम. ओ. एस. एफ. ई. टी. (धातु-ऑक्साइड-अर्धचालक क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर) 1959 में बेल लैब्स में मोहम्मद अटाला और डावोन काहंग द्वारा बनाया गया था, और 1960 में इसका प्रदर्शन किया गया था। उन्होंने चैनल सामग्री और एक गैर-स्व-संरेखित एल्यूमीनियम गेट के रूप में सिलिकॉन का उपयोग किया। एल्यूमीनियम गेट धातु (आमतौर पर वेफर सतह पर एक वाष्पीकरण निर्वात कक्ष में जमा की जाती है) 1970 के दशक की शुरुआत में आम थी। 1970 के दशक के अंत तक, निर्माण जटिलताओं और प्रदर्शन के मुद्दों के कारण उद्योग धातु-ऑक्साइड-अर्धचालक ढेर में द्वार सामग्री के रूप में एल्यूमीनियम से दूर चला गया था। एल्यूमीनियम को बदलने के लिए पॉलीसिलिकॉन (पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन, अपने विद्युत प्रतिरोध को कम करने के लिए दाताओं या स्वीकारकों के साथ अत्यधिक डोप) नामक सामग्री का उपयोग किया गया था। पॉलीसिलिकॉन को रासायनिक वाष्प निक्षेपण (सी. वी. डी.) के माध्यम से आसानी से जमा किया जा सकता है और यह बाद के विनिर्माण चरणों के प्रति सहिष्णु है जिसमें अत्यधिक उच्च तापमान (900-1000 डिग्री सेल्सियस से अधिक) शामिल होता है, जहां धातु नहीं थी। विशेष रूप से, धातु (आमतौर पर एल्यूमीनियम एक प्रकार III (पी-प्रकार) डोपेंट) में इन थर्मल एनीलिंग चरणों के दौरान सिलिकॉन (मिश्र धातु के साथ) में फैलने की प्रवृत्ति होती है। विशेष रूप से, जब एक क्रिस्टल अभिविन्यास के साथ एक सिलिकॉन वेफर पर उपयोग किया जाता है, तो अंतर्निहित सिलिकॉन के साथ एल्यूमीनियम (विस्तारित उच्च तापमान प्रसंस्करण चरणों से) का अत्यधिक मिश्रण एल्यूमीनियम के नीचे फैले एफईटी स्रोत या नाली क्षेत्रों के बीच एक शॉर्ट सर्किट बना सकता है और धातुकर्म जंक्शन के पार अंतर्निहित सब्सट्रेट में अपूरणीय परिपथ विफलताओं का कारण बन सकता है। ये शॉर्ट्स सिलिकॉन-एल्यूमीनियम मिश्र धातु के पिरामिड के आकार के स्पाइक्स द्वारा बनाए जाते हैं जो सिलिकॉन वेफर में ऊर्ध्वाधर रूप से "नीचे" की ओर इशारा करते हैं। सिलिकॉन पर एल्यूमीनियम को एनीलिंग करने के लिए व्यावहारिक उच्च तापमान सीमा 450 डिग्री सेल्सियस के क्रम पर है। पॉलीसिलिकॉन स्व-संरेखित फाटकों के आसान निर्माण के लिए भी आकर्षक है। स्रोत और ड्रेन डोपेंट अशुद्धियों का प्रत्यारोपण या प्रसार गेट के साथ किया जाता है, जिससे परतों के गलत संरेखण की क्षमता के साथ अतिरिक्त लिथोग्राफिक चरणों के बिना गेट के साथ पूरी तरह से संरेखित एक चैनल की ओर जाता है। एन. एम. ओ. एस. और सी. एम. ओ. एस. प्रौद्योगिकियों में, समय और ऊंचे तापमान के साथ, गेट संरचना द्वारा नियोजित सकारात्मक वोल्टेज किसी भी मौजूदा सकारात्मक आवेशित सोडियम अशुद्धियों को सीधे सकारात्मक आवेशित गेट के नीचे गेट पर परावैद्युत के माध्यम से फैलाने और कम सकारात्मक रूप से आवेशित चैनल सतह पर स्थानांतरित करने का कारण बन सकते हैं, जहां सकारात्मक सोडियम चार्ज का चैनल निर्माण पर अधिक प्रभाव पड़ता है, इस प्रकार एन-चैनल ट्रांजिस्टर के सीमा वोल्टेज को कम करता है और संभावित रूप से समय के साथ विफलता का कारण बनता है। पहले की पी. एम. ओ. एस. प्रौद्योगिकियां इस प्रभाव के प्रति संवेदनशील नहीं थीं क्योंकि सकारात्मक रूप से आवेशित सोडियम स्वाभाविक रूप से नकारात्मक रूप से आवेशित द्वार की ओर आकर्षित होता था, और चैनल से दूर, सीमा वोल्टेज बदलाव को कम करता था। एन-चैनल, धातु द्वार प्रक्रियाओं (1970 के दशक में) ने स्वच्छता का एक बहुत ही उच्च मानक (सोडियम की अनुपस्थिति) लागू किया, जिसे उस समय सीमा में प्राप्त करना मुश्किल था, जिसके परिणामस्वरूप उच्च विनिर्माण लागत आई। पॉलीसिलिकॉन द्वार, जबकि एक ही घटना के प्रति संवेदनशील होते हैं, बाद के उच्च-तापमान प्रसंस्करण (जिसे आमतौर पर "गेटरिंग" कहा जाता है) के दौरान किसी भी सोडियम के साथ प्रतिक्रिया करने के लिए थोड़ी मात्रा में एच. सी. एल. गैस के संपर्क में आ सकते हैं, इसके साथ जुड़कर एन. ए. सी. एल. बनाते हैं और इसे गैस धारा में ले जाते हैं, जिससे अनिवार्य रूप से सोडियम-मुक्त द्वार संरचना विश्वसनीयता को बढ़ाती है। हालांकि, व्यावहारिक स्तरों पर डोप किया गया पॉलीसिलिकॉन धातुओं के लगभग शून्य विद्युत प्रतिरोध की पेशकश नहीं करता है, और इसलिए ट्रांजिस्टर के गेट कैपेसिटेंस को चार्ज करने और निर्वहन करने के लिए आदर्श नहीं है जिसके परिणामस्वरूप संभावित रूप से धीमी परिपथता होती है। आधुनिक प्रक्रियाएं धातु में लौटती हैं 45 एनएम नोड के बाद से, धातु द्वार प्रौद्योगिकी वापस आती है, साथ में उच्च-डायलेक्ट्रिक (उच्च-κ) सामग्री के उपयोग के साथ, जो इंटेल विकास द्वारा अग्रणी है। धातु द्वार इलेक्ट्रोड के लिए उम्मीदवार हैं, एन. एम. ओ. एस., टी. ए., टी. ए. एन., एन. बी. (एकल धातु द्वार) और पी. एम. ओ. एस. डब्ल्यू. एन./आर. यू. ओ. 2 (पी. एम. ओ. एस. धातु द्वार आमतौर पर धातु की दो परतों से बना होता है)। इस घोल के कारण, चैनल पर तनाव क्षमता में सुधार किया जा सकता है (धातु द्वार द्वारा)। इसके अलावा, यह द्वार में कम धारा विक्षोभ (कंपन) को सक्षम बनाता है (धातु के अंदर इलेक्ट्रॉनों के स्वभाव के कारण)। गेट ऑक्साइड मल्टीगेट उपकरण संदर्भ MOSFETs अर्धचालक संरचनाएँ भी देखें।