Isoleeritud paisuga väljatransistor: erinevus redaktsioonide vahel

Eemaldatud sisu Lisatud sisu
PResümee puudub
PResümee puudub
2. rida:
'''Isoleeritud paisuga väljatransistor''' (metall-oksiid-pooljuht väljatransistor, inglise keeles ''MOSFET'') on üks kahest [[väljatransistor]]i tüübist.
 
Isoleeritud paisuga väljatransistoril on paisu ja kanali vahel õhuke [[Isolaator|isolaatorkiht]], milleks on enamasti olnud [[ränidioksiid]]. Tänapäeval toodetavate võimsate [[mikroprotsessor|mikroprotsessorite]] puhul kasutatakse [[Ränidioksiid|ränidioksiidi]] asemel muid materjale, mille omadused lubavad paremat energiasäästu ja töökiirust. Inglise keelest otse tõlgitud termin metall-oksiid-pooljuht on viimastel aastakümnetel olnud eksitav, kuna paisu [[Materjal|materjalina]] on [[Metallid|metalli]] asemel kasutatud [https://et.wikipedia.org/wiki/Pol%C3%BCkristalliline_r%C3%A4ni[Polükristalliline räni|polükristallilist räni]]. Uusimates tehnoloogiates on pais aga jällegi kas osaliselt või täielikult metalne.
 
Sõltuvalt kanali tekitamise viisist jagunevad MOSFET transistorid formeeritud kanaliga ja indutseeritud kanaliga MOSFET transistorideks. Need omakorda võivad olla kas p- või n-kanaliga.
28. rida:
MOSFET transistoride mõõtmete vähendamine on oluline mitmel põhjusel. Esiteks on võimalik väiksemaid transistore ühte [[mikrokiip|mikrokiipi]] paigutada rohkem ilma selle mikrokiibi mõõtmeid muutmata. Sellele viitab ka [[Moore'i seadus]], mille järgi mikrokiibil olevate transistoride arv kahekordistub iga kahe aasta järel.<ref>"[http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1965-Moore.html 1965 – "Moore's Law" Predicts the Future of Integrated Circuits]". Computer History Museum. Kasutatud 4. jaanuaril 2014.</ref> Mõõtmete vähendamine võimaldab toota sama suuruse kuid rohkemate võimalustega või samade võimalustega kuid väiksemaid mikrokiipe. Kuna pooljuhtplaatite ja nende peale mikrokiipide tootmise kuludest suurema osa moodustavad [[püsikulu|püsikulud]], on ühe mikrokiibi maksumus seotud sellega kui palju neid ühe pooljuhtplaadi peale mahub. Seega mahub väiksematest transistoridest koosnevaid kiipe pooljuhtplaadi peale rohkem ja nende hind peaks [[Mastaabisääst|mastaabisäästu]] tõttu olema odavam.<ref name=":0">H. Iwai; S. Ohmi, "[http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S002627140200032X Silicon integrated circuit technology from past to future]". Microelectronics Reliability 42, lk 465-491 (2002). Kasutatud 27. detsembril 2013.</ref>
 
Lisaks sellele on väiksemate komponentide [[mahtuvus]] väiksem, mis muudab neid kiiremaks ja/või efektiivsemaks. Üks võimalus transistori mõõtmeid vähendada on [https://et.wikipedia.org/wiki/Proportsionaalne_seos[Proportsionaalne seos|proportsionaalselt]]. Kui nii kanali pikkust, kanali laiust kui ka oksiidikihi paksust ühe kordaja võrra vähendada, siis kanali [[takistus]] ei muutu kuid kanali mahtuvus väheneb selle kordaja võrra. Seetõttu väheneb sarnase kordaja võrra ka transistori [[Ajakonstant|RC-ahela viivitus]]. Kui varasemalt aitas transistoride suuruse vähendamine kiiruse kasvule kaasa siis kõige uuemate tehnoloogiate juures ei pruugi sellest enam suurt kasu olla. Nimelt on viivitused transistoride omavahelistes ühendustes tihti isegi suuremad kui transistorides endis.<ref name=":0" />
 
=== Mõõtmete vähendamisega seotud murekohad ===
39. rida:
[[File:AMD Athlon II X4 630 heatsink-fan.jpg|thumb|203x203px|Lauaarvuti protsessori jahutamiseks mõeldud radiaator koos ventilaatoriga.]]
==== Soojuse eraldumine ====
Seoses järjest suurema lülituselementide tihedusega sama suure pindalaga [[Mikrokiip|mikrokiibil]] eraldub selle kiibi töötamisel rohkem [[Soojus|soojust]]. Kõrgematel temperatuuridel töötavad mikroskeemid aeglasemalt ning nende [[töökindlus]] ja tööiga vähenevad. Seetõttu tuleb järjest rohkem tähelepanu pöörata [[Protsessor|mikroprotsessorite]] jahutamisele. Jahutamiseks kasutatakse [https://et.wikipedia.org/wiki/[Arvuti_jahutus#Passiivne_radiaatorjahutus |radiaatoreid]], [https://et.wikipedia.org/wiki/[Arvuti_jahutus#Vesijahutus |vesijahutust]] või isegi vedelat [[Lämmastik|lämmastikku]].
 
==== Tootmisprotsessi vead ====
46. rida:
== Ehitus ==
=== Paisuelektroodi materjal ===
Paisuelektroodi materjali oluliseim omadus on hea [[elektrijuhtivus]]. Kuni 1970. aastate keskpaigani kasutati paisuelektroodina [[Alumiinium|alumiiniumit]]. Viimased paarkümmend aastat on paisu materjalina kasutatud [https://et.wikipedia.org/wiki/[Galliumarseniid#Dopeerimine dopeeritudLegeerimine|legeeritud]] [[polükristalliline räni|polükristallilist räni]]. Kuigi räni puhul ei ole tegemist metalliga on polüränil mitmeid häid omadusi mis teevad temast piisavalt hea paisumaterjali:
* [[Lävipinge]] on muudetav olenevalt paisu ja kanali materjalide [[tööfunktsioon|tööfunktsioonide]] vahest. Kuna polüräni on [[pooljuht]] on võimalik tema omadusi ja tööfunktsiooni [[dopeeriminelegeerimine|dopeerimisegalegeerimisega]] muuta.
* Räni ja ränidioksiidi kokkupuutepinna omadusi on aja jooksul palju uuritud ning on järeldatud, et sellel on suhteliselt vähe [[Defekt|defekte]]. Metalli ja isolaatori puutepind on enamasti defektne, mis tähendab, et seal võivad toimuda erinevad füüsikalised nähtused, nagu näiteks [[laadumine]], mis vähendavad transistori töökiirust ja töökindlust.
* MOSFET mikrokiipide tootmisel sadestatakse paisu materjal paremate kiipide saamiseks enne teisi, kõrge temperatuuriga tehtavaid samme. Metallid võivad nendel temperatuuridel sulada, mistõttu on sobivate metallide valik väiksem.
Polüräni on siiani olnud üks kasutatavamaid paisumaterjale, kuid tal on puudusi, mistõttu otsitakse talle aktiivselt asendajat. Suurimad polüräni puudused on:
* Polüräni ei ole hea [[elektrijuht]] (umbes 1000 korda suurema [[Takistus|takistusega]] kui metallid) mistõttu levib signaal temas aeglasemalt. [[Juhtivus|Juhtivust]] saab [[dopeeriminelegeerimine|dopeerimiselegeerimise]] abil parandada kuid isegi kõrgdopeeritudkõrglegeeritud räni ei ole nii hea juht kui metallid. Juhtivuse edasiseks parandamiseks [[Legeerimine|legeeritakse]] polüräni ülemistesse kihtidesse [[Volfram|volframi]], [[Titaan|titaanii]], [[Koobalt|koobaltit]] või [[Nikkel|niklit]]. Legeerimine parandab polüräni elektrilisi omadusi ning vähendab [[Sulamine|sulamise]] riski edasiste tootmisprotsesside käigus. Lävipinge võrreldes polüräniga oluliselt ei suurene kuna legeeritud ala ei ole MOSFET-i kanali lähedal.
* Transistoride mõõtmeid vähendades muudetakse õhemaks ka paisu dielektrikkiht, mis tänapäevastel tehnoloogiatel tähendab ~1 nm paksust dielektrikukihti. Sellisel juhul võib täheldada polüräni ammendumist (''polysilicon depletion effect''), kus [[lävipinge]] muutub ning transistor ei käitu enam vastavalt ettenähtud elektriskeemile. Selle ärahoidmiseks saaks kasutada paisuelektroodi materjalina selliseid metalle nagu [[tantaal]], [[volfram]] või [[titaan]] ja nende ühendeid.
Metalli kasutamine paisuelektroodi materjalina tuli taas päevakorda koos kõrge k-väärtusega dielektrikute kasutuselevõtuga. Kuna kõrge-k dielektriku ja polükristallilise räni puutepind on kehv siis lülituvad nendest materjalidest tehtud transistorid aeglasemalt. Kasutades paisuelektroodi materjalina metalli, mis on võimeline endas hoidma oluliselt rohkem elektrone, muutus elektronide liikumine kanalis kiiremaks ja otsesemaks. Lisaks sellele on metalli ja kõrge k-väärtusega dielektriku puutepind tugevamini seotud.<ref name=":1" />
=== Dielektrikukihi materjal ===
Mida väiksemaks transistorid muutuvad seda õhemaks muutub ka paisu isolatsioonikiht. Selle tulemusena tuleb ette elektronide [[tunnelleerumine|tunnelleerumist]] kanalist paisuelektroodile, mis on ebasoovitav nähtus. Dielektrikukiht peab vastama järgmistele nõuetele:
* [https://et.wikipedia.org/wiki/Lekkevool [Lekkevool]] peab olema madal.
* Dielektriline läbitavus peab olema kõrge.
* [[Materjal]] peab olema ühtlaste füüsikaliste omadustega üle kogu pinna.
* Materjal peab olema [https://et.wikipedia.org/wiki/[Temperatuur |temperatuuristabiilne]].
* Materjali peab olema võimalik [https://et.wikipedia.org/wiki/Elektromehaaniline_mikros%C3%BCsteem#S.C3.B6.C3.B6vitamine[Elektromehaaniline mikrosüsteem#söövitamine|söövitada]] tootmisprotsessis.
* Materjalil peab olema suur [[pindtakistus]]
* Materjalis peab olema vähe [[laengulõks|laengulõkse]], [[jääkaatom|jääkaatomeid]] ja [[Defekt|defekte]].