Эффект зарядовой связи в полевом элементе Холла на основе тонкопленочного КНИ МОП транзистора
https://doi.org/10.17073/1609-3577-2021-1-57-62
Аннотация
Работа посвящена изучению влияния эффекта зарядовой связи на характеристики полевого элемента Холла, изготовленного на основе тонкопленочного МОП транзистора. Анализ развития современной микроэлектроники показал необходимость развития элементной базы датчиков внешних воздействий на основе кремниевой технологии с повышенной функциональностью. Одним из способов значительного улучшения характеристик чувствительных элементов различных воздействий, в том числе и магнитного поля, является создание тонкопленочных транзисторов на основе структуры «кремний на изоляторе» (КНИ). Показано, что полевой датчик Холла (ПДХ) может стать основой высокочувствительных датчиков магнитного поля, использующих эффект зарядовой связи, возникающей в двухзатворной вертикальной топологии такого элемента. Проведены электрофизические исследования ПДХ при различных режимах включения затворов и питания. Полученные результаты показывают, что эффект зарядовой связи между затворами наблюдается в ПДХ при толщине рабочего слоя между ними равным 200 нм. Этот эффект приводит к росту эффективной подвижности носителей, и следовательно к росту магнитной чувствительности. Таким образом, полевые элементы Холла на основе тонкопленочных транзисторов, изготовленных по кремниевой технологии, позволяют значительно повысить магнитную чувствительность и использовать их в датчиках магнитного поля повышенной надежности.
Ключевые слова
Об авторах
А. В. Леонов
Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов РАН
Россия
Россия
ул. Академика Осипьяна, д. 6, Черноголовка, Московская область, 142432
Леонов Алексей Владимирович — канд. физ.-мат. наук, научный сотрудник
В. Н. Мурашев
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия
Россия
Ленинский просп., д. 4, Москва, 119049
Мурашев Виктор Николаевич — доктор техн. наук, профессор
Д. Н. Иванов
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия
Россия
Ленинский просп., д. 4, Москва, 119049
Иванов Дмитрий Николаевич — аспирант
В. Д. Кирилов
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия
Россия
Ленинский просп., д. 4, Москва, 119049
Кирилов В. Д.
Список литературы
1. Huijsing J. H. Smart Sensor System: Why? Where? Now? // In: Smart Sensor System. Ed by G. C. M. Meijer. John Wiley & Sons, Ltd, 2008. P. 1—21. DOI: 10.1002/9780470866931.ch1
2. Magnetic field sensor market will be worth $2.9 billion by 2020. URL: https://intelligencecommunitynews.com/magnetic-field-sensor-market-will-be-worth-2-9-billion-by-2020-says-report/
3. Magnetic Sensors Market Analysis By Technology. 2016. URL: http://www.grandviewresearch.com/industry-analysis/magnetic-sensors-market
4. Бараночников М. Л. Микромагнитоэлектроника. Т. 1. М.: ДМК Пресс, 2016. 544 с.
5. Войтович И. Д., Корсунский В. М. Интеллектуальные сенсоры. М.: Изд-во Интуит, Бином. Лаборатория знаний, 2009. 626 с.
6. Мордкович В. Н. Структуры «кремний на изоляторе» перспективный материал микроэлектроники // Материалы электронной техники. 1998. № 2. С. 4—7.
7. Colinge J.-P. Silicon-on-Insulator Technology: Materials to VLSI. Boston: Springer, 2004, 366 p. (pp. 157—159). DOI: 10.1007/978-1-4419-9106-5
8. Naumova O. V., Fomin B. I., Safronov L. N., Nasimov D. A., Ilnitskii M. A., Dudchenko N. V., Devyatova S. F., Zhanaev E. D., Popov V. P., Latyshev A. V., Aseev A. L. Silicon nanowire transistors for electron biosensors // Optoelectron. Instrument. Proc. 2009. V. 54, N 4. P. 287—291. DOI: 10.3103/S8756699009040013
9. Naumova O. V., Fomin B. I., Nasimov D. A., Dudchenko N. V., Devyatova S. F., Zhanaev E. D., Popov V. P., Latyshev A. V., Aseev A. L., Ivanov Yu. D., Archakov A. I. SOI nanowires as sensors for charge detection // Semocond. Sci. Technol. 2010. V. 25, N 5. P. 055004. DOI: 10.1088/0268-1242/25/5/055004
10. Elfström N., Juhasz R., Sychugov I., Engfeldt T., Karlström A. E., Linnros J. Surface charge sensitivity of silicon nanowires: size dependence // Nano Lett. 2007. V. 7. N 9. P. 2608—2612. DOI: 10.1021/nl0709017
11. Lim H. K., Fossum J. G. Threshold voltage of thin-film Silicon-on-insulator (SOI) MOSFET’s // IEEE Transactions on Electron Devices. 1983. V. 30, Iss. 10. P. 1244—1251. DOI: 10.1109/T-ED.1983.21282
12. Celler G. K. Frontiers of silicon-on-insulator // J. Appl. Phys. 2003. V. 93, Iss. 9. P. 4955. DOI: 10.1063/1.1558223
13. Rudenko T., Nazarov A., Kilchytska V., Flandre D., Popov V., Ilnitsky M., Lysenko V. Revision of interface coupling in ultra-thin body silicon-on-insulator MOSFETs // Semicond. Physics, Quant. Electron & Optoelectron. 2013. V. 16, N 3. P. 300—309. URL: http://nbuv.gov.ua/UJRN/MSMW_2013_16_3_15
14. Попов В. П., Ильницкий М. А., Наумова О. В., Назаров А. Н. Квантовые поправки для пороговых напряжений полностью обедняемых КНИ-транзисторов с двумя независимыми затворами // Физика и техника полупроводников. 2014. Т. 48, № 10. С. 1348—1353.
15. Мордкович В. Н., Бараночников М. Л., Леонов А. В., Мокрушин А. Д., Омельяновская Н. М., Пажин Д. М. Полевой датчик холла — новый тип преобразователя магнитного поля // Датчики и системы. 2003. Вып. 7. С. 33—38.
16. Мокрушин А. Д., Омельяновская Н. М., Леонов А. В., Мордкович В. Н., Пажин Д. М. Радиационные эффекты в КНИ магниточувствительных элементах при различных условиях облучения // В сб.: «Радиационная стойкость электронных систем «Стойкость-2000». М.: СПЭЛС, 2000. Т. 3. С. 38—42.
17. Леонов А. В., Малых А. А., Мордкович В. Н., Павлюк М. И. Многоканальные и многофукциональные датчики физических воздействий с частотным выходом на основе универсального полевого транзисторного чувствительного элемента со структурой «кремний на изоляторе» // Приборы и техника эксперимента. 2018. № 2. С 132—138. DOI: 10.7868/S0032816218010329
18. Наумова О. В., Зайцева Э. Г., Фомин Б. И., Ильницкий М. А., Попов В. П. Зависимость подвижности электронов в режиме обогащения от их плотности в полностью обедняемых пленках кремний-на-изоляторе // Физика и техника полупроводников. 2015. Т. 49, № 10. C 1360—1365. URL: https://journals.ioffe.ru/articles/viewPDF/42306
19. Popovich R. S. Hall Effect Devices. Bristol (Philadelphia): IOP Publishing Ltd, 2004. 419 p.
20. Зи С. Физика полупроводниковых приборов. M.: Мир, 1984. Т. 2. 453 с.
Рецензия
Для цитирования:
Леонов А.В., Мурашев В.Н., Иванов Д.Н., Кирилов В.Д. Эффект зарядовой связи в полевом элементе Холла на основе тонкопленочного КНИ МОП транзистора. Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. 2021;24(1):57-62. https://doi.org/10.17073/1609-3577-2021-1-57-62
For citation:
Leonov A.V., Murashev V.N., Ivanov D.N., Kirilov V.D. Charge-coupling effect in a Hall field element based on thin-film SOI-MOS transistor. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering. 2021;24(1):57-62. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1609-3577-2021-1-57-62
Просмотров: 497
Послать статью по эл. почте 