Dielèctric high-k

Fig.1 Comparativa de transistor amb SO2 (esquerra) i High-k (dreta)

Dielèctric high-k (en anglès alta k) fa referència a un material d'alt valor de constant dielèctrica o també permitivitat relativa (ε_r). Els materials dielèctrics amb alta k s'empren en la fabricació de semiconductors on usualment remplacen el diòxid de silici (K=3,7-3,9). Els materials dielèctrics high-k és una de les tecnologies que permeten de continuar la miniaturització dels components electrònics segons la llei de Moore.

Necessitat

Durant moltes dècades s'ha utilitzat el doòxit de silici com a material aïllant en les portes dels transistors. Quan aquests transistors han anat reduint la seva mida, el gruix de la capa de diòxid de silici també s'ha reduït per a poder mantenir la capacitat de la porta. Si el gruix cau per sota de 2 nm, els corrents de fuita augmenten degut a l'efecte túnel. Per a solventar aquestes pèrdues cal reemplaçar el diòxid de silici per dielèctrics d'alta k.

El valor de la capacitat:

$C={ϵ}_{o}k\frac{A}{d}$

on :

• A és làrea del condensador
• κ és la constant dielèctrica relativa del material (3,9 pel diòxid de silici)
• ε₀ és la permitivitat a l'espai buit
• t és el gruix del material

Llavors, si el gruix del material $d$ disminueix, per a mantenir el valor de capacitat caldrà augmentar el valor de $k$ (material d'alta k)

Materials high-k

Existeixen el silicat de hafnium, silicat de zircònium, diòxid de hafnium i diòxid de zircònium, amb les següents propietats:

Material high-k	Constant dielèctrica k	Reducció del corrent de fuita
$Zr{O}_2$	$\sim$23	x10.000-100.000
$Hf{O}_2$	$\sim$20	x10.000-100.000
$Y_2{O}_3$	$\sim$15	x10.000-100.000
$A{l}_2{O}_3$	$\sim$10	X100-1000

Vegeu també

• Tecnologia de Silici sobre aïllant (SOI)
• CMOS
• Efecte tunel quàntic
• Permitivitat dels materials, Permitivitat relativa, Permitivitat del buit
• Tecnologia de materials amb Dielèctric de low-k