村田电容厂家:电容怎么会是负面的

- 2019-04-09 -

事实上,模拟物理理论的方程式最终可以帮助我们改进物理理论。有时,方程式中的奇怪现象揭示了数学模型中的错误或局限性;其他时候,他们指出前方有趣的时刻。你必须测试它们以确定哪个是哪个。


所有这些都让我们得出了一个令人惊讶的结果:负电容。我们理解 - 无论是在数学上还是在物理上 - 您的日常普通电容如何工作:跨越间隙的应用电场会吸引电荷。没有办法可以解释负电容,这表明......什么......电场的正面会吸引半导体中的空穴?这是没有意义的。


但是某些方程式在某些情况下说它是如此,并且最近已经证明了一些实际结果。背景和结果论文都是在去年秋天的IEDM会议上提出的,我们将在这里回顾一下这个概念。佐治亚理工学院的Asif Islam Khan的第一篇论文列出了为什么会发生这种情况的基础知识。自1957年“Landauer论文”以来,人们就已经知道(或至少预期/怀疑),但可汗片的目的是提供一个缺失的“微观层面”解释。


第二篇论文涉及国家应用研究实验室,国立台湾师范大学,国立交通大学,台湾大学以及加州大学伯克利分校的广泛团队。一位参与者是陈明明,被广泛认为是finFET的父亲。该团队报告了负电容对finFET和其他具有铁电门的电路的影响。


我们要看的第二篇论文中的关键是所谓的亚阈值摆动(SS)。这基本上说明了晶体管开启的速度有多快,而且到目前为止,所有的努力都集中在使SS尽可能接近60 mV / decade的理论“玻尔兹曼”极限。负电容表明你可以超过这个限制。或者,更谨慎地说,方程式说你可以;那实际上是这样吗?


我们首先看一下负电容的基础,然后我们将看看它对SS的影响以及第二支球队的表现。

电容怎么会是负面的?


好吧,我们要做一些数学,伙计们,专注于铁电材料。我通常会避免这种情况,更倾向于关注那些赋予其他无灵魂方程式生命的现象的直观方面。但今天我们都是关于数学的。我不打算对此进行详细的讨论;我会挑选,你可以查看原始论文的血淋淋的细节。 (事实上,作者甚至没有得出所有内容,指的是其他论文。)


我们需要关注的第一件事是所谓的居里温度。最初设想为永久磁铁失去固定磁性状态的温度,其特征还在于描述施加场E如何与极化相关的关系。该等式是多项式,其第一项涉及因子(T-TC),其中TC是居里温度。负电容发生在该因子为负的情况下 - 即低于居里温度。


在该温度范围内,存在这种正反馈导致极化曲线与施加电场的负斜率,尽管存在一些限制因素:


负斜率的线性度受饱和度的限制。他们谈论拉伸偶极子,但是,就像任何弹簧一样,它可以拉伸多远。

这个地区不稳定。在没有施加场的情况下,通过该正反馈的热噪声自发地将系统极化为与正电容一致的正常稳定状态之一。

这一特征由Landau预测的特征S曲线说明,但现在才使用“玩具模型”在微观层面进行研究。


让我们深入了解这种积极反馈的来源。而且,虽然听起来像我在这里说话,但应该归功于,这是汗先生的论文通过我说话。并希望我做对了。偶极子的偶极矩p是局部电场的函数,局部电场本身由其附近的其他偶极子和施加的场感觉到的场构成。跳过一些步骤,这导致了以下关系:




哪里:


α是他们所谓的线性极化率;正如我们所看到的,它随温度而变化;

ε0是真空介电常数;

ζ是与偶极子物理排列方式有关的结构因素;我们会认为它是一个常数;和

Eapp是应用领域。

我们所认为的介电常数εr将特定材料ε的介电常数与真空介电常数联系起来:


从第一个等式 - 再次跳过步骤 - Mr. Khan得到:


现在,事实证明α与温度成反比,在居里温度下,


因此,在CT,介电常数得到一个<恐怖!>零分母 - 被称为极化灾难。在较低温度下,α变大,意味着分母变为负值。还有负电容。方程式永远不会说谎,对吧?


顺便说一句,他们通过下图说明了正反馈循环。




摇摆不定

好吧,那么,既然我们已经研究了这种现象的理论观点,那么通过观察当我们使用铁电材料作为finFET的栅极氧化物时会发生什么,让我们变得更加实用。 SS是亚阈值斜率的倒数(FET的IV曲线低于阈值),它表示为:



Cd是耗尽层的电容,

Cox是栅极氧化物电容,和

kT / q与你在整个职业生涯中看到的kT / q相同(Boltzmann的常数;温度;电子的电荷)

正如更高的亚阈值斜率表示对电压变化的更快的电流响应,更低的亚阈值摆幅(相反)是设备工程师一直在努力的。当Cd为0或Cox为无穷大时,右手电容比消失,你就离开了




这是热电子或玻尔兹曼的限制,它提供60 mV / decade,我们一直认为它是我们能做的最好的,因为任何非零(正)电容比都会使它变大。但是如果Cox可以是负数,那么SS也可以变得小于该限制。或者至少这是方程式所暗示的。当第二个团队发挥他们的魔力时,在实践中会发生什么


该团队使用HfZrO2(有时缩写为HZO)作为finFET栅极电介质。并且,跳过所有他们的努力并直接追逐,他们在40年的漏极电流下实现了5 mV /十年的SS。这不小于60;它的方式不到60。


他们满足于报告结果而不会产生可能的影响,但是......看起来这将是令人兴奋的事情。让你想知道何时(如果?)我们可能会看到使用铁电门的全新一代电路!

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