धातु का द्वार

लेटरल मेटल-ऑक्साइड-सेमीकंडक्टर (एमओएस) स्टैक के संदर्भ में मेटल गेट, ट्रांजिस्टर के चैनल से  ऑक्साइड द्वारा अलग किया गया गेट इलेक्ट्रोड है - गेट सामग्री धातु से बना है। 1970 के दशक के मध्य से अधिकांश एमओएस ट्रांजिस्टर में धातु के लिए एम को गैर-धातु गेट सामग्री से बदल दिया गया है।

एल्युमिनियम गेट
पहला MOSFET (मेटल-ऑक्साइड-सेमीकंडक्टर फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर) 1959 में बेल लैब्स में मोहम्मद ओटाला और डॉन कहंग द्वारा बनाया गया था और 1960 में प्रदर्शित किया गया था। उन्होंने सिलिकॉन को चैनल सामग्री और गैर-स्व-संरेखित एल्यूमीनियम गेट के रूप में इस्तेमाल किया। एल्यूमीनियम गेट धातु (आमतौर पर वेफर सतह पर  वाष्पीकरण निर्वात कक्ष में जमा) 1970 के दशक की शुरुआत में आम थी।

पॉलीसिलिकॉन
1970 के दशक के अंत तक, निर्माण जटिलताओं और प्रदर्शन के मुद्दों के कारण उद्योग धातु-ऑक्साइड-अर्धचालक स्टैक में गेट सामग्री के रूप में एल्यूमीनियम से दूर चला गया था। एल्युमीनियम को बदलने के लिए पॉलीसिलिकॉन ( polycrystalline सिलिकॉन, दाताओं या स्वीकर्ता के साथ अत्यधिक डोपिंग (अर्धचालक) नामक सामग्री) का उपयोग एल्यूमीनियम को बदलने के लिए किया गया था।

पॉलीसिलिकॉन को रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी) के माध्यम से आसानी से जमा किया जा सकता है और बाद के निर्माण चरणों के लिए सहिष्णु है जिसमें अत्यधिक उच्च तापमान (900-1000 डिग्री सेल्सियस से अधिक) शामिल है, जहां धातु नहीं थी। विशेष रूप से, धातु (आमतौर पर एल्यूमीनियम –  टाइप III (पी-टाइप_सेमीकंडक्टर | पी-टाइप) डोपेंट) इन रैपिड थर्मल एनील चरणों के दौरान सिलिकॉन (मिश्र धातु) में फैलाने की प्रवृत्ति है।  विशेष रूप से, जब सिलिकॉन बिस्किट पर क्रिस्टल ओरिएंटेशन के साथ उपयोग किया जाता है, तो अंतर्निहित सिलिकॉन के साथ एल्यूमीनियम की अत्यधिक मिश्रधातु (विस्तारित उच्च तापमान प्रसंस्करण चरणों से) विसरित FET ड्रेन_(ट्रांजिस्टर) More_about_terminals के बीच  शार्ट सर्किट बना सकता है एल्युमिनियम के नीचे के क्षेत्र और मेटलर्जिकल जंक्शन के पार अंतर्निहित सब्सट्रेट में –  अपूरणीय सर्किट विफलताओं का कारण बनता है। ये शॉर्ट्स सिलिकॉन-एल्यूमीनियम मिश्र धातु के पिरामिड के आकार के स्पाइक्स द्वारा बनाए गए हैं –  सिलिकॉन वेफर में लंबवत नीचे की ओर इशारा करते हुए। सिलिकॉन पर ऐलुमिनियम की एनीलिंग के लिए व्यावहारिक उच्च तापमान सीमा लगभग 450 डिग्री सेल्सियस है।

पॉलीसिलिकॉन स्व-संरेखित फाटकों के आसान निर्माण के लिए भी आकर्षक है। स्रोत और ड्रेन डोपेंट अशुद्धियों का आरोपण या प्रसार गेट के साथ किया जाता है, जिससे परतों के गलत संरेखण की संभावना के साथ अतिरिक्त पत्थर के छापे से छापने का चरणों के बिना गेट से पूरी तरह से संरेखित चैनल बन जाता है।

एनएमओएस और सीएमओएस
NMOS_logic और CMOS तकनीकों में, समय और ऊंचे तापमान के साथ, गेट संरचना द्वारा नियोजित सकारात्मक वोल्टेज किसी भी मौजूदा सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए सोडियम अशुद्धियों को सीधे सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए गेट के माध्यम से फैलाने के लिए गेट डाइइलेक्ट्रिक के माध्यम से फैल सकता है और कम-सकारात्मक रूप से चार्ज चैनल में माइग्रेट कर सकता है। सतह, जहां सकारात्मक सोडियम आवेश का चैनल निर्माण पर अधिक प्रभाव पड़ता है – इस प्रकार एन-चैनल ट्रांजिस्टर के सीमा वोल्टेज को कम करना और संभावित रूप से समय के साथ विफलताओं का कारण बनता है। पहले PMOS_logic प्रौद्योगिकियां इस प्रभाव के प्रति संवेदनशील नहीं थीं क्योंकि सकारात्मक रूप से चार्ज किया गया सोडियम स्वाभाविक रूप से नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए गेट की ओर आकर्षित होता था, और चैनल से दूर, थ्रेशोल्ड वोल्टेज शिफ्ट को कम करता था। एन-चैनल, मेटल गेट प्रक्रियाओं (1970 के दशक में) ने स्वच्छता का  उच्च स्तर (सोडियम की अनुपस्थिति) लगाया –  उस समय सीमा में हासिल करना मुश्किल है, जिसके परिणामस्वरूप उच्च निर्माण लागत आती है। पॉलीसिलिकॉन गेट्स –   ही घटना के प्रति संवेदनशील होते हुए, किसी भी सोडियम के साथ प्रतिक्रिया करने के लिए बाद के उच्च तापमान प्रसंस्करण (आमतौर पर प्राप्त करना कहा जाता है) के दौरान एचसीएल गैस की थोड़ी मात्रा के संपर्क में आ सकता है, इसके साथ NaCl बनाने और इसे गैस की धारा में ले जाने के लिए बाध्य किया जा सकता है।  अनिवार्य रूप से सोडियम मुक्त गेट संरचना –  बहुत अधिक विश्वसनीयता बढ़ाता है।

हालांकि, व्यावहारिक स्तर पर डोप किया गया पॉलीसिलिकॉन धातुओं के लगभग शून्य विद्युत प्रतिरोध की पेशकश नहीं करता है, और इसलिए ट्रांजिस्टर के गेट समाई को चार्ज करने और डिस्चार्ज करने के लिए आदर्श नहीं है। – संभावित रूप से धीमी सर्किटरी के परिणामस्वरूप।

आधुनिक प्रक्रियाएं धातु पर लौटती हैं
45 नैनोमीटर|45 एनएम नोड से आगे, मेटल गेट तकनीक लौटती है, साथ में उच्च-ढांकता हुआ (उच्च-κ परावैद्युत|उच्च-κ) सामग्रियों का उपयोग होता है, जो इंटेल के विकास द्वारा अग्रणी होता है।

मेटल गेट इलेक्ट्रोड के लिए NMOS, Ta, TaN, Nb (सिंगल मेटल गेट) और PMOS WN/RuO के लिए उम्मीदवार हैं2 (पीएमओएस मेटल गेट आमतौर पर धातु की दो परतों से बना होता है)। इस समाधान के कारण, चैनल पर तनाव क्षमता (मेटल गेट द्वारा) में सुधार किया जा सकता है। इसके अलावा, यह गेट में कम वर्तमान गड़बड़ी (कंपन) को सक्षम बनाता है (धातु के अंदर इलेक्ट्रॉनों के स्वभाव के कारण)।

यह भी देखें

 * गेट ऑक्साइड
 * मल्टीगेट डिवाइस