Главная Промышленная автоматика.

при котором становятся важными эффекты второго порядка (например, всплеск скорости дрейфа). Данная ситуация усложняется также влиянием геометрии прибора, что приводит к появлению областей, в которых электрическое поле существенно неоднородно. Таким образом, зависимость скорости дрейфа носителей заряда от напряженности электрического поля, полученная для полупроводника в стационарных условиях, слабо описывает особенности приборов такого размера. При еще более существенном уменьшении размеров элементов возможен почти баллистический перенос носителей. Изменение характера процессов рассеяния и существование сильного искривления энергетических зон в инверсионных слоях увеличивают возможность дальнейшего уменьшения вертикальных размеров элементов.

Кроме того, возможно также дальнейшее уменьшение поперечных размеров элементов, если некоторые носители заряда характеризуются достаточно большой длиной волны де Бройля и таким значением времени свободного пробега, при котором интерферируют падающие и отраженные волны, распространяющиеся в пределах границ прибора. Неоднородность границ и связанные с ней механизмы рассеяния несколько ослабляют действие этого эффекта. Сильное электрическое поле к тому же, внося искажение, сглаживает картину интерференции (механизм этого воздействия аналогичен действию рассеяния), так что в конечном итоге ток в приборе все-таки существует, хотя изменение этого и других параметров прибора (таких, например, как время задержки), обусловленное эффектом интерференции, может ожидаться в приборах достаточно малух размеров. Этот режим практически всегда присутствует в определенных структурах типа МДМ- или полевых транзисторов.

Принцип декомпозициии, соответствующий третьему уровню, имеет свои недостатки, поскольку даже в приборах средних размеров носители заряда определенной части прибора будут взаимодействовать с другими областями прибора. Примерами служат: перемещение области прибора, в которой проявляется эффект всплеска, в сторону истока из-за движения горячих электронов против тянущего поля; инжекхщя горячих электронов из-за туннелирования на энергетические уровни, находящиеся на границах областей и в окисле с соответствующим накоплением заряда; дополнительный механизм рассеяния из-за влияния границ областей [36]. Последнее происходит в МДП-приборах из-за проникновения, обусловленного наличием краевых полей фононов и плазмонов, из окисла в инверсионный слой, что приводит к изменению эффективной массы носителей, способствует возникновению потерь энергии и импульса у электронов и оказывает воздействие на локальные диэлектрические свойства. Проявление всех этих эффектов сильно зависит от геометрии прибора, определяется профилем легирования и распределением напряженности полей. Некоторые из этих эффектов могут нарушить работоспособность прибора. Мы уже упоминали об интересном эффекте, связанном с всплеском скорости дрейфа носителей заряда при резком изменении электрического поля, на который ссьшаются как на дающий в случае GaAs дополнительные преимущества в быстродействии перед кремниевыми приборами.



Большинство оценок проявления этого эффекта основывается на исследовании динамики носителей при скачкообразном изменении напряженности электрического поля. Однако действительная форма импульса напряженности поля, поступающего от других приборов, имеет конечное время нарастания, пропорциональное минимальному времени задержки в данной системе. Проявление эффекта всплеска существенно снижается из-за того, что форма импульса напряженности поля далека от прямоугольной. Причем эта зависимость во многом определяется структурой системы, эффективной постоянной времени (RC) и существующими задержками.

Существенные недостатки принципа декомпозиции становятся более серьезными при таких размерах элементов, когда проявляются квантовые эффекты [8, 9], связанные с возникновением дополнительных связей из-за туннелирования, особенностей сверхрешетки, емкостных связей и генерации зарядов. Этими эффектами можно объяснить известные уже на практике сбои в работе элементов СБИС памяти, работающих в режиме записи - считывания, из-за перекрестных помех в соединениях.

В общем, несостоятельность принципа декомпозиции на любом его уровне, применяемого при проектировании подобной системы, может привести по меньшей мере к ухудшению ее характеристик, а в худшем случае - к изменению функциональных возможностей системы или полному ее отказу.

18.5.2. МЕЖПРИБОРНЫЕ СВЯЗИ

Хорошо известно, что элементы систем с высокой плотностью упаковки характеризуются простыми емкостными связями, а рядом расположенные соединения - электромагнитной связью. Однако в общем случае возможны более тонкие механизмы межприборных связей, которые могут привести к ухудшению характеристик прибора или системы, если будут неуправляемыми. Например, в любом приборе с длиной канала, большей длины свободного пробега, необходимой для релаксации энергии внутри прибора, основное выделение мощности будет наблюдаться в некоторых областях. При этом будем отделять ту мощность, которая рассеивается в близлежащих изолируюпшх областях (подложка, подзатворный изолятор и т.д.), от мощности, рассеиваемой вдоль основных передающих каналов (контакты, электроды затворов, диффузионные области и металлизированные проводники). Для очень быстродействующих систем это может привести к появлению участков или "горячих точек" между приборами с повышенным выделением тепла, которые могут создавать тепловые помехи. Если время релаксации тепла в "горячих точках" приблизительно сравнимо с интервалом времени между импульсами, то пороги срабатывания элементов схемы могут быть сильно изменены.

Более важным является другой эффект: изменение фононного взаимодействия на границах раздела областей прибора, приводящее к снижению уровня термализации фононов, появлению так называемого фононного "узкого горла" (затрудненной релаксации фононов) и, как следствие, к нестабильности процессов в кристаллической решетке полупроводника и на границах раздела отдельных областей. Физические процессы, связанные



с когерентной поляризацией, приводящей к накоплению большой энергии, и с соответствующими структурными изменениями, были достаточно изучены для веществ, содержащих полярные молекулы. Эти вещества по своей структуре и диэлектрическим свойствам близки к интегральным схемам с чрезвычайно малыми размерами элементов. В интегральной схеме может возникать косвенная зарядовая связь между соседними каналами: электроны одного канала возбуждают фононы в изолирующей области, которые взаимодействуют с электронами второго канала. Этот эффект проявляется обычно при очень сильном электронно-фононном взаимодействии в изолирующих областях. Очевидно, этим эффектом можно управлять, если хорошо изучить факторы, влияющие на его проявление. В регулярных структурах когерентные паразитные связи могут обусловливать достаточно большое разнообразие взаимодействий.

В системах с высокой плотностью элементов следует ожидать проявления эффекта межприборного туннелирования. Такие известные уже явления, как пространственный перенос горячих электронов и генерация заряда в однородных и селективно-легированных многослойных структурах типа GaAs-GaAlAs, полученных молекулярно-лучевой эпитаксией, вероятно, будут иметь свои аналоги в интегральных схемах с элементами чрезвычайно малых размеров. Наличие в системе невысоких проницаемых за счет туннелирования барьеров позволит, вероятно, управлять процессами переноса через них импульсами напряжения. При этом новый тип взаимодействия, связанного с влиянием на локально накопленный заряд эффектов, обусловленных чрезвычайно малыми размерами элементов, может привести к возникновению дополнительных составляющих токов утечки между приборами и межслойными соединениями.

Недавние исследования различных видов межприборных связей [6-9] позволяют классифицировать их следующим образом:

1) стабилизирующие (флуктуации заряда уменьшаются при передаче от одного прибора к другому);

2) резонансные (перенос заряда в межприборную область с возможным захватом);

3) неустойчивые (постоянный перенос заряда в смежные с прибором области, т.е. перенос в реальном пространстве);

4) согласованно действующие (флуктуации заряда из-за когерентных явлений, приводящие к возникновению, особенно в регулярных структурах, устойчивых волн зарядовой плотности);

5) сверхрещеточные связи (обусловленнью изменением характеристик прибора из-за частичного перекрытия волновых функций приборов в локально регулярных структурах).

Кроме названных связей существуют еще различные явления непрямого взаимодействия фононов, поляризационных волн и т.д., которые могут быть диссипативными и недиссипативными и влияние которых можно предвидеть в данном случае. В общем случае такие взаимодействия не могут быть описаны обычными моделями паразитных связей и зависят от реальных распределений в системе токов, зарядов, напряжений и температуры, т.е. от ин-





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 [144] 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165

0.0042