دی الکتریک با کاپای زیاد

اصطلاح دی الکتریک با کاپای زیاد یا دی الکتریک با κ زیاد به ماده ای با ثابت دی الکتریک بالا ( κ، کاپا ) ، در مقایسه با سیلیسیم دی اکسید گفته می شود. دی الکتریک هایی با کاپای زیاد در فرایندهای تولید نیم رسانا مورد استفاده قرار می گیرند که معمولاً برای جایگزینیدی الکتریک گیت با سیلیسیم دی اکسید یا لایه دی الکتریک دیگر قطعات استفاده می شود. پیاده سازی دی الکتریک های گیت با کاپای زیاد یکی از چندین استراتژی توسعه یافته برای اجازه کوچک سازی بیشتر اجزای میکروالکترونیک است که به طور عامیانه به عنوان تمدید قانون مور شناخته می شود. گاهی اوقات، این مواد را به جای «کاپای - زیاد» ( کاپا بالا ) «کی - زیاد» ( گفته شود کی زیاد ) می نامند.
سیلیسیم دی اکسید ( SiO2 ) برای دهه ها به عنوان ماده اکسید گیت مورد استفاده قرار گرفته است. با کاهش اندازه ترانزیستورهای اثر میدانی فلز - اکسید - نیم رسانا ( ماسفت ) ، ضخامت دی الکتریک گیت دی اکسید سیلیکون به طور پیوسته کاهش می یابد تا خازن گیت ( در واحد سطح ) و در نتیجه جریان راه اندازی ( در عرض قطعه ) افزایش یابد تا عملکرد قطعه افزایش یابد. درصورتی که ضخامت به زیر ۲ نانومتر برسد، جریان نشتی ناشی از تونل زنی به شدت افزایش می یابد، که منجر به مصرف زیاد توان و کاهش قابلیت اطمینان قطعه می شود. جایگزینی دی اکسید سیلیکون دی الکتریک گیت با ماده ای با مقدار کاپای زیاد باعث افزایش خازن گیت بدون اثرات نشتی مرتبط می شود.
اکسید گیت در ماسفت می تواند به عنوان یک خازن صفحه موازی مدل شود. با نادیده گرفتن اثرات مکانیکی و تخلیه کوانتومی از زیرلایه و گیت سیلیسیم، ظرفیت C این خازن صفحه موازی بدست می آید توسط
که
• A مساحت خازن است
• κ ثابت دی الکتریک نسبی ماده است ( ۳٫۹ برایسیلیسیم دی اکسید )
• ε0 ثابت گذردهی خلأ است
• t ضخامت عایق اکسید خازن است
جریان درین ID برای ماسفت را می توان ( با استفاده از تقریب کانال تدریجی ) به صورت زیر نوشت
• W عرض کانال ترانزیستور است
• L طول کانال است
• μ تحرک پذیری یا موبیلیتی حامل کانال است ( در اینجا ثابت فرض می شود )
• Cinv تراکم خازنی است که با دی الکتریک گیت مرتبط است وقتی کانال زیرین در حالت معکوس قرار دارد
• VG ولتاژ اعمال شده به گیت ترانزیستور است
• Vth ولتاژ آستانهاست
جمله VG − Vth در دامنه ای با توجه به قابلیت اطمینان و درجه حرارت اتاق محدود، محدودشده است، از این رو یک VG بیش از حد بزرگ یک میدان الکتریکی نامطلوب و زیاد را در سراسر اکسید ایجاد می کند. بعلاوه، Vth به راحتی نمی تواند در زیر ۲۰۰ میلی ولت کاهش یابد، زیرا جریان نشتی ناشی از افزایش نشت اکسید ( یعنی با فرض در دسترس نبودن دی الکتریک هایی با کاپای زیاد ) و هدایت زیرآستانه، مصرف توان را در حالت آماده به کار به سطح غیرقابل قبولی می رساند. ( به نقشه راه صنعت[ ۱] که آستانه ۲۰۰ میلی ولت را محدود می کند و روی و همکاران مراجعه کنید. [ ۲] ) بنابراین، با توجه به این فهرست ساده عوامل، افزایش ID نیاز به کاهش طول کانال یا افزایش خازن دی الکتریک گیت دارد.