مقال حول ثابت العزل الكهربي المرتفع و البوابة الفلزية High-K & Metal Gate

**Brigadier** · 26-08-2009, 16:17

مصدر المقال:- هنـــــــــا
نوع المقال:- تقني "عتاد".

اولا ً:- ابحاث معامل العزل الكهربي العالي والبوابات الفلزيه

إن البنية الاساسيه لبناء جميع شرائح ترانزيستورات الحاسب الآلي قد تبعت ولمدة اربعين عاما ً مضت لقانون مور الشهير. وكانت شركة انتل رائدة في مجال صناعة تحجيم بوابات العزل الكهربيه باستعمال اوكسيد السيليكون لسبعة اجيال منطقية من الاجيال عبر الخمسة عشر سنة الماضية.ولكن كلما تقلص حجم الترانزستور كلما ازداد تيار التسرب الخاص به . ومعلوم ان التحكم "اداره" بهذا التيار المتسرب ضروري جدا ً في العمليات عالية السرعة , وهكذا اصبح هذا التيار عاملا ً مهما ً في تصميم الشريحه الالكتروكهربيه. وقد تم القيام بالعديد من الحلول لحل مشكله القدره الاستهلاكيه في الشريحه الكهربيه , وهذا باكتشاف مايعرف بمعامل العزل الكهربي المرتفع الموجود للعنصر المكتشف الجديد المسمى بـ الهافنيوم وبذلك تم استبدال العازل الكهربي الذي يستعمل ثاني اوكسيد السيليكون و ضم معادن جديده لتحل مكان طرف ترانزسستور التأثير الحقلي "MOSFET" بنوعيه الموجب والسالب . كنتيجة استعمال هذه المواد الجديده مع بعضها البعض ادى ذلك لخفض تيار تسرب البوابه لاكثر من 100ضعف! , بالاضافه الى تحقيق اداء قياسي للترانزستور ايضا ً. ولتحقيق هذا الهدف في نقطه ال 45 نانو ميتر قامت انتل بتقييم المئات من تشكيلات العناصر للعثور على نقطه انطلاق التطوير .

ثانيا ً:- العناصر التي تتميز بمعامل عزل كهربي مرتفع

لبناء الجيل الجديد المقبل من الترانزستورات تعمل شركة انتل مع المواد الجديده التي تستعيض بها عن استعمال عوازل ثاني اوكسيد السيليكون والتي يصعب التحكم بتيار التسريب معها كل ما زادت رقه العازل. هذه الطبقه الجديده من المواد المدعوه بذوات العزل الكهربي المرتفع سوف تحل اليوم محل عوزال ثاني اكسيد السيليكيون والتي ستوفر مدى اكبر من التقنيه والحريه التصنيعيه لمدى عده اجيال قادمه.

ان الاختصار High-K يعني معامل العزل الكهربي , وهو مقياس لكمية الشحنات التي يستطيع عنصر ما حملها . العناصر المختلفه لها قدرات مختلفه على حمل الشحنات . لنتخيل سويا ً ان لدينا اسفنجه والتي بامكانها حمل كميه ليست ببسيطه من المياه , وتخيل ان لدينا قطعه من الخشب والتي سوف يكون بامكانها حمل كميات بسيطه جدا من الماء , واخيرا ً تخيل ان لدينا قطعه من الزجاج والتي لن يكون بامكانها ابدا حمل اي كميه من الماء وهذه المواد حالها كحال العناصر مع قدرتها لحمل الشحنات بقدرات متفاوته عن بعضها البعض. الهواء هو نقطة المرجعية لهذا الثابت وله عدد ك من الاحاد. ان العناصر ذات معامل العزل العالي كثاني اكسيد الهافنيوم و ثاني اكسيد الزركونيوم و ثاني اكسيد التيتانيوم لها معامل عزل اكبر من 3.9 ك من ذاك في ثاني اكسيد السيليكون.

ومن المعلوم ايضا ً ان ثابت العزل الكهربي يرتبط بشكل مباشر مع اداء الترانزستور, فكلما زاد الثابت كلما زادت سعوية الترانزستور بدرجه تجعله قادراً على التحول بين حالتي التشغيل والاغلاق بتيار منخفض جدا ً.

ثالثا ً:- فوائد ثابت العزل

بعد سنوات من البحث تم التوصل الى معرفة العنصر ذو ثابت العزل الكهربي الصحيح والمناسب و كذلك قد تم التعرف على النوع الصحيح من اطراف العناصر لتحقق بذلك اداء قياسي لكل من ترانزستور التأثير الحقلي بنوعيه الموجب والسالب , وبالانتقال الى عناصر العزل الكهربي الجديده , تم التمكن من الابقاء على تيار التشغيل نفسه مع العناصر الاقدم والتغلب على مشكله التسريب.
من المعلوم ان صناعه اشباه الموصلات بشكل عام تصارع وبشده مع مشكله حراره الشرائح الالكترونيه والتي من شأنها ان تزداد اطراديا ً مع زياده عدد الترانزيستورات . ان تيارات التسرب في عناصر العزل الجديده هي احد اهم العوامل التي تبقي الترانزستورات بشكل ابرد اثناء العمل وذلك لان عوازل المواد ذات ثابت العزل المرتفع يمكن ان تكون اكثر سماكه عده مرات وهذا يقلل من تيارات التسريب بما يقارب المئه مره . كنتيجه فان هذه الترانزيستورات تعمل بشكل ابرد وفي نفس الوقت قامت انتل بهندسة وتصنيع اقطاب "اطراف" بوابه الفلز والتي تتواجد في قمة عازل البوابه والتي تتوافق مع العوازل ذات ثابت العزل العالي.
من المتوقع ان هذا التحول في العناصر الجديده سوف يكون واحدا ً من اهم العوامل في تطور الMOS"Metal Oxide Silicon" والتي لها بوابه ثاني اوكسيد السيليكون منذ ان تم تقديمها في ستينيات القرن التاسع عشر الميلادي . ان العناصر الجديده التي قدمتها انتل ذات معامل العزل العالي سوف تحتاج ايضا ً الى تقينه تصنيع جديد لوضع مستوى سمك جزيء واحد في وقت واحد , والان جاري تطبيق البحث الاولي في نقطه ال45نانو ميتر والبحث لايزال مستمرا ً من انتل لتحديد الجيل الثاني من تلك العوازل .

انتهى المقال

في النهايه اتمنى ان يكون الموضوع سهلا ً مبسطا ً وهذا الهدف من جعله باللغه العربيه فهي الاسهل للجميع هنا.

ولاتنسوني من صالح دعائكم وتقييم المشاركه وتقييمي.

في امان الله.

**واحد مسكين** · 26-08-2009, 16:18

السلام عليكم ورحمة الله :
بورك فيك أخوي نادر على الترجمة

..
وجاري القراءة .

**exart2u** · 26-08-2009, 16:53

بورك فيك أخوي نادر على الترجمة مع انها صعبة شويه

**شلاع العتر** · 26-08-2009, 17:11

ما شاء الله ... أمس موضوع الذواكر المحدّث ...

والان هذا ...
تم تقييم الموضوع اما تقييم المشاركة فبإنتظار السيد "سمعة"

**UNREAL** · 26-08-2009, 18:18

تقييم أبو 16 نقطة عالسريع... مشكور نادر على المقال

**Brigadier** · 27-08-2009, 16:26

السلام عليكم ورحمة الله :
بورك فيك أخوي نادر على الترجمة

..
وجاري القراءة

وعليكم السلام والرحمه

يعطيك العافية واسعدني تواجدك يالطيب

اتمنى لك حظاً موفقا ً في فهم الموضوع والاستفاده منه بإذن الله عز وجل.

بورك فيك أخوي نادر على الترجمة مع انها صعبة شويه

أحسن الله اليك , نورتنا بوجودك.

تم تقييم الموضوع اما تقييم المشاركة فبإنتظار السيد "سمعة"

اظن الاخ سمعه وصلك ولا

تقييم أبو 16 نقطة عالسريع... مشكور نادر على المقال

هذي ضربة صاروخ مهي تقييم الله يهديك>>>> امزح هههههههه خاف لا يسحب منه التقييم عبدالكريم:D
صراحة انت منور الموضوع ياعبدالكريم ويعلم الله ماتضيفه للموضوع بتواجدك فيه , وفقك الله لما يحبه ويرضاه .