¿Qué materiales se utilizan actualmente para la compuerta MOSFET y el electrodo?

Las primeras puertas semiconductoras estaban hechas de germanio. El germanio tiene un intervalo de banda más bajo, por lo que es más eficiente. Pero [math] \ mathrm {GeO_2} [/ math] es comparativamente menos estable que [math] \ mathrm {SiO_2} [/ math], en cambio forma un rango de óxidos con la fórmula [math] \ mathrm {Ge_ {1- 1- x} O_2} [/ matemáticas]. [math] \ mathrm {SiO_2} [/ math] en comparación es más barato de producir y tiene propiedades de adhesión asombrosas.
La constante dieléctrica [math] \ mathrm {\ kappa} [/ math] de [math] \ mathrm {SiO_2} [/ math] es alrededor de 4, lo que significa que a medida que la capa dieléctrica se adelgaza, la posibilidad de que se rompa el dieléctrico aumenta mucho más.
Por lo tanto, a finales de los noventa, la gente comenzó a mirar dieléctricos altos [matemáticos] \ matemáticos {\ kappa} [/ matemáticos] como el polisilicio que tiene un [matemático] \ matemáticos {\ kappa} [/ matemático] de 11.7, y [matemático ] \ mathrm {HfO_2} [/ math] que tiene un [math] \ mathrm {\ kappa} [/ math] de 25.
Actualmente hay investigaciones en curso sobre el uso de materiales de perovskita diseñados por deformación como [math] \ mathrm {BaTiO_3} [/ math] que tienen [math] \ mathrm {\ kappa} [/ math] s en miles. La ingeniería de deformación es necesaria tanto para la coincidencia de la red como para diseñar [math] \ mathrm {\ kappa} [/ math].
Desde la década de 1960, hemos gastado miles de millones de dólares investigando y mejorando la interfaz [math] \ mathrm {Si-SiO_2} [/ math]. Es esta investigación la que sustenta la ley de Moore. Pero recuerde, al principio le dije que el germanio es mejor para muchas aplicaciones. La aceptación a gran escala de Si se basó en la gran coincidencia entre la interfaz [math] \ mathrm {Si-SiO_2} [/ math]. Ahora que ese dieléctrico ya no existe, nuevamente estamos viendo germanio e integrándolo en la electrónica.
El arco de la ciencia a menudo da saltos mortales invisibles y gira un círculo completo.

No se usó TiO2, porque es piezoeléctrico y ferroeléctrico, lo que no es deseable porque generalmente resultan en una capacitancia no lineal.

A veces se ha usado Si3O4 (nitruro de silicio) pero tiende a ser “trappy”, lo que no es bueno para los MOSFET estándar pero puede ser útil para campo o NVM.

Los materiales primarios ahora son SiO2 + ZrO2 | HfO2 (óxido de circonio u óxido de hafnio), los últimos de los cuales son de “alto k” en comparación con el SiO2. High k le permite omitir el encogimiento del grosor del óxido que normalmente se requiere en el escalado.

SiO2 ya no se usa como dieléctrico de compuerta, solo se usa como óxido interfacial. Los óxidos a base de hafnio han reemplazado al SiO2 en nodos avanzados.