簡介
浮體效應(英語: Floating body effect)是在SOI技術中實現的電晶體與體勢(body potential)相關的效應。電晶體在絕緣體層上形成一個電容。這個電容上聚集的電荷可能會產生負面效應,例如,開啟結構上的寄生電晶體和關態泄漏電流(off-state leakages),造成更高的電流消耗,以防動態隨機存取存儲器丟失信息。它也造成歷史效應(英語:history effect),即電晶體與之前狀態閾值電壓有關的效應。在模擬電路器件中,浮體效應被稱作 扭結效應(英語: Kink effect)。
原理
浮體效應(Floating body effect)是把矽放在絕緣體上做成的電晶體存在的效應,它的體勢及偏壓和載流子複合過程有關;電晶體相對襯底形成一個電容。電荷在電容上枳累,而造成不利的效應。例如:在結構上造成寄生電晶體,而造成漏電;引起較高電流損耗。在DRAM情況下,引起存儲單元的信息丟失;它也可引起歷史效應(History effect),即電晶體的閾值電壓依賴它以前的狀態。在模擬器件中,浮體效應稱為扭結效應(Kink effect)。
相應的浮體效應測量,包括用全耗盡(Fully depleted)器件,在器件的絕緣層比溝道(Channe)線寬還要薄,因而,電晶體的電荷和體勢是固定的,但在全耗盡器件中,最壞的是短溝道道(Short-channel)效應。因而,在一些模擬器件中,這樣的架構並不適合,源和漏電位較高的情況下,電晶體的體(body)仍可充電。另外一種辦法是用混合溝(Hybrid trench)絕緣。
SOI
SOI全名為 Silicon On Insulator,是指矽電晶體結構在絕緣體之上的意思,原理就是在矽電晶體之間,加入絕緣體物質,可使兩者之間的寄生電容比原來的少上一倍。優點是可以較易提升時脈,並減少電流漏電成為省電的IC,在工藝上還可以省略部分光掩模以節省成本,因此不論在工藝上或是電路上都有其優勢。此外,在SOI晶圓(SOI wafer)本身襯底的阻抗值的部分也會影響到元件的表現,因此後來也有公司在襯底上進行阻抗值的調整,達到射頻元件(Radio frequency component、RF component)特性的提升。原本應通過交換器的電子,有些會鑽入矽中造成浪費;SOI可防止電子流失,與補強一些原本Bulk wafer中CMOS元件的缺點。摩托羅拉宣稱中央處理器可因此提升時脈20%,並減低耗電30%。除此之外,還可以減少一些有害的電氣效應。還有一點,可以說是很多超頻玩家所感興趣的,那就是它的工作溫度可高達300°C,減少過熱的問題。
SOI一開始是由美商IBM公司的晶片部門投入開發,最早用於Macintosh電腦(MAC)的PowerPC G4處理器,除了IBM外,還有Motorola、德州儀器(TI)、NEC等公司投入SOI技術的開發工作,但是Intel公司拒絕在其處理器產品中使用SOI技術,因為其認為SOI技術容易影響晶圓品質與減低電晶體交換速度,並且SOI上接合點也會減少,也就是一般工藝中“漏電”的缺點所煩惱。
動態隨機存取存儲器
動態隨機存取存儲器( Dynamic Random Access Memory, DRAM)是一種半導體存儲器,主要的作用原理是利用電容記憶體儲電荷的多寡來代表一個二進制比特(bit)是1還是0。由於在現實中電晶體會有漏電電流的現象,導致電容上所存儲的電荷數量並不足以正確的判別數據,而導致數據毀損。因此對於DRAM來說,周期性地充電是一個無可避免的要件。由於這種需要定時刷新的特性,因此被稱為“動態”存儲器。相對來說,靜態存儲器(SRAM)只要存入數據後,縱使不刷新也不會丟失記憶。
與SRAM相比,DRAM的優勢在於結構簡單——每一個比特的數據都只需一個電容跟一個電晶體來處理,相比之下在SRAM上一個比特通常需要六個電晶體。正因這緣故,DRAM擁有非常高的密度,單位體積的容量較高因此成本較低。但相反的,DRAM也有訪問速度較慢,耗電量較大的缺點。
與大部分的隨機存取存儲器(RAM)一樣,由於存在DRAM中的數據會在電力切斷以後很快消失,因此它屬於一種易失性存儲器(volatile memory)設備。