Limitierende Skalierungseffekte als Grundlage für innovative Feldeffekttransistoren:
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Göttingen
Cuvillier
2013
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INHALTSVERZEICHNIS VII
INHALT
ZUSAMMENFASSUNG 10
1 EINLEITUNG 12
2 DER KONVENTIONELLE MOSFET 15
2.1 TRANSISTORKONZEPT UND PHYSIKALISCHE GRUNDLAGEN 15
2.2 KLASSISCHE SKALIERUNG 20
2.3 BEGRENZENDE EFFEKTE DER KLASSISCHEN SKALIERUNG 24
2.3.1 STOSSIONISATION 24
2.3.2 RANDFELDEFFEKTE 26
2.3.3 TUNNELN 30
2.4 TECHNOLOGISCHE MASSNAHMEN ZUR ERFUELLUNG DER ROADMAP 34
3 ENTWICKLUNG VON TRANSISTORKONZEPTEN BASIEREND AUF BEGRENZENDEN
EFFEKTEN 36
3.1 KONZEPTIONELLER UEBERBLICK 36
3.2 SIMULATION MIT TAURUS MEDICI 37
3.3 VERTIKALES TRANSISTORKONZEPT 41
4 DER TUNNELTRANSISTOR (TFET) 44
4.1 GRUNDLAGEN DES TRANSISTORKONZEPTS 44
I
4.2 DISKUSSION SPEZIFISCHER OPTIMIERUNGSKONZEPTE 52
4.2.1 KONZEPTIONELLE GRUNDUEBERLEGUNGEN 52
4.2.2 BANDGAP-ENGINEERING MIT SIGE 54
4.2.3 DIMENSIONIERUNG 55
4.2.4 HIGH-K-DIELEKTRIKA 58
4.3 ENTWICKLUNG EINES MEDICI-SIMULATIONSMODELLS 59
4.4 BAND-GAP-ENGINEERING MIT SIGE-HETEROSTRUKTUREN 62
4.4.1 PHYSIKALISCHE GRUNDLAGEN UND EINFLUSS DER DOTIERUNG 62
4.4.2 EINFLUSS DES DOTIERPROFIIS 68
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IMAGE 2
VIII
INHALTSVERZEICHNIS
4.4.3 EXPERIMENTELLE ERGEBNISSE 70
4.5 ELECTRIC-FIELD-ENGINEERING MIT HOCHKAPAZITIVEN DIELEKTRIKA 75
4.5.1 GRUNDLAGEN HOCHKAPAZITIVER DIELEKTRIKA (HIGH-K-MATERIALIEN) FUER
MOSFETS 75
4.5.2 VERBESSERUNG DES TUNNELTRANSISTORS DURCH HIGH-K-MATERIALIEN 77
4.5.3 QUANTIFIZIERUNG DES EFFEKTS 83
4.5.4 SKALIERUNGSVERHALTEN VON TUNNELTRANSISTOREN MIT HIGH-K-MATERIALIEN
86
4.5.5 EINFLUSS DES DOTIERPROFILS 89
4.5.6 SKALIERUNG DER INVERTERVERZOEGERUNG 90
4.5.7 KOMBINATION MIT DEM SIGE-KONZEPT 93
4.6 EINFLUSS GEOMETRISCHER BEGRENZUNG AUF DEN TUNNELTRANSISTOR 94
4.7 AUSBLICK FUER DEN TUNNELTRANSISTOR 96
5 DER STOSSIONISATIONSTRANSISTOR (IMOS) 98
5.1 ANSAETZE DES LATERALEN IMOS 9 8
5.2 GRUNDUBERLEGUNGEN ZUM VERTIKALEN IMOS 102
5.3 ERGEBNISSE MIT DEM KURZKANAL-IMOS 106
5.3.1 AUFBAU 106
5.3.2 GRUNDLEGENDES VERHALTEN 108
5.3.3 ZUVERLAESSIGKEIT 114
5.3.4 VERHALTEN BEI HOCHTEMPERATUR 116
5.4 ERGEBNISSE MIT DEM LANGKANAL-IMOS 121
5.4.1 AUFBAU 121
5.4.2 ELEKTRISCHE EIGENSCHAFTEN 122
5.5 VERHALTEN BEI TIEFTEMPERATUR 123
5.5.1 TIEFTEMPERATURVERHALTENDES PDBFETS 123
5.5.2 ELEKTRISCHES VERHALTEN DES IMOS BEI TEMPERATUREN 50 K 126
5.5.3 ELEKTRISCHES VERHALTEN DES IMOS BEI 4,2 K 128
IMAGE 3
INHALTSVERZEICHNIS IX
5.6 DER IMOS ALS OPTISCHER DETEKTOR 139
5.6.1 KONVENTIONELLE OPTISCHE DETEKTOREN 139
5.6.2 UEBERLEGUNGEN ZUR VERWENDUNG DES IMOS ALS OPTISCHER DETEKTOR 145
5.6.3 EXPERIMENTELLE REALISIERUNG 148
5.6.4 ERGEBNISSE 151
5.7 AUSBLICK FUER DEN STOSSIONISATIONSTRANSISTOR (IMOS) 162
6 FAZIT UND AUSBLICK 163
7 ANHANG 166
7.1 LITERATURVERZEICHNIS 166
7.2 GRUNDLEGENDE OPTISCHE CHARAKTERISIERUNG DES IMOS 189
7.3 VERWENDETE FORMELZEICHEN UND KONSTANTEN 197
7.4 ABBILDUNGSVERZEICHNIS 202
7.5 ABKUERZUNGSVERZEICHNIS 206
7.6 EIGENE PUBLIKATIONEN 207
7.7 DANKSAGUNG 211
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