Nano-Elektro-Mechanische relais (ontwerp, fabricage, en karakterisatie)

Klassieke CMOS-apparaat downscaling is geconfronteerd met belangrijke problemen sinds we de sub-100nm-technologie bereikten. De uitdagingen zijn voornamelijk te danken aan een exponentiële toename van de lekstroom met dalende drempelspanning Vt door een eindige onderdrempelhelling. Deze lekstroomverhoging heeft ervoor gezorgd dat de Vt-schaling vertraagt, wat de afname van de voedingsspanning, VDD, vertraagde. Als gevolg hiervan stijgen zowel de actieve kracht, gerelateerd aan VDD2 als de standby-kracht, gerelateerd aan VDD, vermenigvuldigd met de lekstroom per eenheidsruimte aanzienlijk. Vanwege deze kwesties werden veel onderzoekers geïnteresseerd in het vinden en demonstreren van nieuwe schakelconcepten die een veel steilere subthreshold helling hebben in hun I-V eigenschappen. NanoElectroMechanical (NEM) Switches behoren tot de meest interessante apparaten dankzij hun bijna nul lekstroom en abrupte schakelkarakteristieken, wat resulteert in een hoge on-current / off-current ratio. Ook het stand-by stroomverbruik van de schakelaar neemt dramatisch af.
Dit werk omvat ontwerp, fabricage en karakterisering van NEM ohmische schakelaars met behulp van een voorgestelde CMOS-compatibele processtroom die gebaseerd was op ultrasone poly-SiGe-lagen met lage temperaturen in 200mm pilootlijn.
Dit werk omvat enkele analytische modellering en FEM-simulaties van een ohmische schakelaar. Het effect van de afmetingen van elke structurele parameter en van de materiaaleigenschappen op de hoofdschakelparameters wordt onderzocht. Zowel de inpanspanning, die de voedingsspanning van het apparaat bepaalt en de schakeltijd, die verband houdt met de snelheid van de schakelaar, worden bestudeerd.
Het vrijgeven van zulke kleine en dunne structuren zonder onomkeerbare stictie was een uitdaging voor het vervaardigingsonderdeel dat succesvol is ontwikkeld. Verschillende apparaten met variatie op afmetingen werden vervaardigd met behulp van deze dunne filmtechnologie en werden elektrisch gekenmerkt om het basisschakelgedrag van het apparaat te onderzoeken in vergelijking met de omvang ervan en ook te onderzoeken hoe de betrouwbaarheid van dergelijke kleine apparaten kan worden verbeterd om ze te kunnen integreren Met CMOS schakelingen.