Gerbang oksida

Gerbang oksida adalah lapisan dielektrik yang memisahkan terminal gerbang gate MOSFET (transistor efek medan logam-oksida-semikonduktor) dari terminal sumber source dan saluran drain pembuangan serta saluran konduktif yang menghubungkan sumber dan saluran pembuangan ketika transistor dihidupkan. Gerbang oksida dibentuk oleh oksidasi termal silikon saluran untuk membentuk lapisan isolasi silikon dioksida yang tipis (5 - 200 nm). Lapisan silikon dioksida isolasi terbentuk melalui proses oksidasi yang membatasi diri, yang dijelaskan oleh model Deal – Grove. Bahan gerbang konduktif kemudian diendapkan di atas gerbang oksida untuk membentuk transistor. Gerbang oksida berfungsi sebagai lapisan dielektrik sehingga gerbang dapat menahan medan listrik transversal setinggi 1 hingga 5 MV/cm untuk memodulasi konduktansi saluran dengan kuat.^[1]^[2]^[3]

Di atas gerbang oksida terdapat lapisan elektroda tipis yang terbuat dari konduktor yang dapat berupa aluminium, silikon dengan doping tinggi, logam tahan api seperti tungsten, silisida ( TiSi, MoSi 2, TaSi atau WSi 2) atau sandwich dari lapisan-lapisan ini. Elektroda gerbang ini sering disebut “gerbang logam” atau “konduktor gerbang”. Lebar geometris elektroda konduktor gerbang (arah melintang aliran arus) disebut lebar gerbang fisik. Lebar fisik gerbang mungkin sedikit berbeda dari lebar saluran listrik yang digunakan untuk memodelkan transistor karena medan listrik tepi dapat memberikan pengaruh pada konduktor yang tidak berada tepat di bawah gerbang.

Sifat listrik oksida gerbang sangat penting untuk pembentukan daerah saluran konduktif di bawah gerbang. Pada perangkat tipe NMOS, zona di bawah gerbang oksida adalah lapisan inversi tipe-n tipis pada permukaan substrat semikonduktor tipe-p. Hal ini diinduksi oleh medan listrik oksida dari tegangan gerbang yang diterapkan V G. Ini dikenal sebagai saluran inversi. Ini adalah saluran konduksi yang memungkinkan elektron mengalir dari sumber ke saluran pembuangan.

Penekanan berlebihan pada lapisan oksida gerbang, mode kegagalan umum perangkat MOS , dapat menyebabkan pecahnya gerbang atau arus bocor yang disebabkan oleh tegangan.

Selama pembuatan dengan etsa ion reaktif, oksida gerbang dapat rusak karena efek antena.

Sejarah

MOSFET pertama (transistor efek medan logam-oksida-semikonduktor, atau transistor MOS) ditemukan oleh insinyur Mesir Mohamed Atalla dan insinyur Korea Dawon Kahng di Bell Labs pada tahun 1959. Pada tahun 1960, Atalla dan Kahng membuat MOSFET pertama dengan ketebalan gerbang oksida 100 nm , bersama dengan panjang gerbang 20 μm. Pada tahun 1987, Bijan Davari memimpin tim peneliti IBM yang mendemonstrasikan MOSFET pertama dengan ketebalan gerbang oksida 10 nm , menggunakan teknologi gerbang tungsten.

Transistor efek medan (FET) adalah jenis transistor yang menggunakan medan listrik untuk mengontrol aliran arus dalam semikonduktor. Muncul dalam dua jenis: persimpangan FET (JFET) dan FET semikonduktor oksida logam (MOSFET). FET memiliki tiga terminal: sumber, gerbang, dan saluran pembuangan. FET mengontrol aliran arus dengan menerapkan tegangan ke gerbang, yang pada gilirannya mengubah konduktivitas antara saluran dan sumber.

FET juga dikenal sebagai transistor unipolar karena melibatkan operasi tipe pembawa tunggal. Artinya, FET menggunakan elektron (saluran-n) atau lubang (saluran p) sebagai pembawa muatan dalam operasinya, tetapi tidak keduanya. Ada banyak jenis transistor efek medan yang berbeda. Transistor efek medan umumnya menampilkan impedansi masukan yang sangat tinggi pada frekuensi rendah. Transistor efek medan yang paling banyak digunakan adalah MOSFET (transistor efek medan logam-oksida-semikonduktor).

FET dapat berupa perangkat pembawa muatan mayoritas, yang arusnya dibawa secara dominan oleh pembawa muatan mayoritas, atau perangkat pembawa muatan minoritas, yang arusnya terutama disebabkan oleh aliran pembawa muatan minoritas. Perangkat ini terdiri dari saluran aktif yang melaluinya pembawa muatan, elektron atau lubang, mengalir dari sumber ke saluran pembuangan. Konduktor terminal sumber dan pembuangan dihubungkan ke semikonduktor melalui kontak ohmik. Konduktivitas saluran merupakan fungsi potensial yang diterapkan pada gerbang dan terminal sumber.

Tiga terminal FET adalah:

sumber (S), yang melaluinya pembawa memasuki saluran. Secara konvensional, arus yang memasuki saluran di S ditandai dengan IS.
drain (D), di mana pembawa meninggalkan saluran. Secara konvensional, arus yang meninggalkan saluran di D ditentukan oleh ID. Tegangan pembuangan ke sumber adalah VDS.
gerbang (G), terminal yang memodulasi konduktivitas saluran. Dengan menerapkan tegangan ke G, seseorang dapat mengontrol ID.

Lihat pula

Referensi

^ "1960 - Metal Oxide Semiconductor (MOS) Transistor Demonstrated". The Silicon Engine. Computer History Museum. Diakses tanggal 25 September 2019.
^ Sze, Simon M. (2002). Semiconductor Devices: Physics and Technology (PDF) (edisi ke-2nd). Wiley. hlm. 4. ISBN 0-471-33372-7.
^ Davari, Bijan; Ting, Chung-Yu; Ahn, Kie Y.; Basavaiah, S.; Hu, Chao-Kun; Taur, Yuan; Wordeman, Matthew R.; Aboelfotoh, O. (1987). "Submicron Tungsten Gate MOSFET with 10 nm Gate Oxide". 1987 Symposium on VLSI Technology. Digest of Technical Papers: 61–62.

[computerhistory-1] "1960 - Metal Oxide Semiconductor (MOS) Transistor Demonstrated". The Silicon Engine. Computer History Museum. Diakses tanggal 25 September 2019.

[2] Sze, Simon M. (2002). Semiconductor Devices: Physics and Technology (PDF) (edisi ke-2nd). Wiley. hlm. 4. ISBN 0-471-33372-7.

[Davari1987-3] Davari, Bijan; Ting, Chung-Yu; Ahn, Kie Y.; Basavaiah, S.; Hu, Chao-Kun; Taur, Yuan; Wordeman, Matthew R.; Aboelfotoh, O. (1987). "Submicron Tungsten Gate MOSFET with 10 nm Gate Oxide". 1987 Symposium on VLSI Technology. Digest of Technical Papers: 61–62.

[1]

[2]

[3]