فرایندهای نیمه هادی و CMOS

نیمه هادی و CMOPگندیدهای

شن و ماسه طبیعی سرشار از سیلیس (sio₂) است ، که از آن می توان سیلیکون مونوکریستالی خلوص بالا - بالا را برای تولید مدارهای یکپارچه استخراج کرد. سیلیکون مونوکریستالی نیازهای خلوص بسیار بالایی دارد ، که باید به بیش از 99.99999999 ٪ (یعنی ، 5 {5} s) برسد و اتم های سیلیکون برای تشکیل یک هسته کریستالی باید مطابق ساختار الماس چیده شوند. هنگامی که جهت گیری هواپیمای کریستالی هسته کریستال یکسان است ، می توان سیلیکون مونوکریستالی را تشکیل داد. اگر جهت گیری هواپیمای کریستال متفاوت باشد ، پلی سیلیکون تشکیل می شود.

هر دو سیلیکون مونوکریستالی و پلیسیلیکون می توانند در ساخت مدارهای یکپارچه مورد استفاده قرار گیرند ، که در میان آنها سیلیکون مونوکریستالی عمدتاً برای ساخت بسترهای سیلیکونی استفاده می شود و می توان از پلیسیلیکون برای ساخت اجزای مانند دروازه ، مقاومت در برابر پلی سیلیکون یا کاپوسیتورهای لوله های موز استفاده کرد.

همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است ، فرآیند تولید از ماسه تا تراشه به شرح زیر است: ابتدا از ماسه کوارتز به عنوان مواد اولیه برای تهیه سیلیکون کریستالی تک استفاده می شود- محتوای سیلیس ماسه کوارتز بالاتر از ماسه معمولی است ، و سیلیسن درجه متالورژی پس از اصلاح درمان می تواند بدست آید. سپس تصفیه ، پالایش و واریز سیلیکون درجه متالورژیکی برای تولید پلیسیلیکون. از طریق فرآیند ترسیم ، Polysilicon را می توان به شمشهای سیلیکون مونوکریستالی تبدیل کرد. برای بدست آوردن ویفرها ، شمشهای سیلیکون کریستالی را به صورت ورق های نازک برش دهید. تعداد زیادی از مدار یکپارچه می میرد که می توانند در هر ویفر ، که برای ساخت محصولات تراشه مدار (CHIP) یکپارچه ، برش خورده ، آزمایش و بسته بندی شده اند ، ساخته شوند.

نیمه هادی های ذاتی

نیمه هادی های ذاتی به کریستال های خالص که عاری از اتم های ناخالصی و عاری از نقص ساختاری هستند ، اشاره دارند. ژرمانیوم (GE) و سیلیکون (SI) هر دو عنصر چهار ضلعی هستند و معمولاً از مواد نیمه هادی استفاده می شوند. در نیمه هادی های ذاتی ، اگرچه چهار الکترون Valence روی بیرونی ترین لایه اتم ها می توانند پیوندهای کووالانسی را با خارجی ترین الکترونهای اتم های اطراف تشکیل دهند ، تحت تحریک گرما یا انرژی نور ، ممکن است الکترونها در برخی از پیوندهای کووالانسی از پیوندهای کووالانسی جدا شوند و سپس الکترونهای باند رسانا را تشکیل می دهند و بندهای باند Valence را به طور گسترده ای تشکیل می دهند که به طور گسترده ای نامیده می شوند. از آنجا که دو حامل در نیمه هادی های ذاتی همیشه به صورت جفت ظاهر می شوند و در حالت تعادل حرارتی قرار دارند ، تحت عمل یک میدان الکتریکی کاربردی ، این حامل ها می توانند به صورت جهت دار حرکت کنند تا یک جریان الکتریکی تشکیل دهند ، به طوری که این ماده دارای یک هدایت خاص است ، بنابراین این نوع نیمه هادی نیمه هادی ذاتی نامیده می شود.

اگر مقدار مشخصی از اتم های ناخالصی خاص به نیمه هادی ذاتی اضافه شود ، به یک نیمه هادی ذاتی غیر {{0} تبدیل می شود. در میان آنها ، نیمه هادی های ذاتی غیر - که با عناصر پنتاوالنت ترکیب شده اند ، نیمه هادی های نوع n {{3} type نامیده می شوند ، و عناصر پنتاوالنت به نام های ناخالصی اهدا کننده می گویند. نیمه هادی های ذاتی غیر - که با عناصر سه ظرفیتی ترکیب شده اند ، نیمه هادی های نوع p {{5} type نامیده می شوند ، و این عناصر سه ظرفیتی به طور متناوب ناخالصی میزبان نامیده می شوند. بر خلاف حالت تعادل حرارتی نیمه هادی های ذاتی ، دو حامل در نیمه هادی های ذاتی غیر- همیشه در حالت نابرابریم قرار دارند: حامل غالب به عنوان حامل اکثریت (به عنوان بسیاری) نامیده می شود و حامل ثانویه نامیده می شود که حامل اقلیت (به عنوان اندک) گفته می شود. از آنجا که n - نوع نیمه هادی های نوع با عناصر 5 -}}}} ، مادران آنها الکترون های رایگان هستند. نیمه هادی های نوع P با عناصر سه ظرفیتی دوپ شده و مولکول های آنها سوراخ هایی هستند.

در داخل نیمه هادی ذاتی ، غلظت دو حامل (الکترونهای باند رسانا و سوراخ باند ظرفیت) در تعادل حرارتی یکسان است و این غلظت غلظت حامل ذاتی نامیده می شود. این غلظت ثابت نیست ، اما به مواد خاص نیمه هادی و دمایی که در آن قرار دارد بستگی دارد- درجه حرارت هرچه درجه حرارت بالاتر باشد ، غلظت حامل ذاتی بیشتر می شود.

در نیمه هادی های ذاتی غیر {{}} ، غلظت اکثر حامل ها (پولیپیون) تقریباً معادل غلظت دوپینگ ناخالصی ها است ، معمولاً چندین مرتبه از بزرگی بالاتر از غلظت حامل ذاتی. غلظت تعداد کمی از حامل ها (تعداد کمی) به طور کلی پایین تر از حامل های ذاتی است ، و همچنین چندین سفارش از اختلاف بزرگی بین این دو وجود دارد. بنابراین ، در مقایسه با غلظت ذرات چند {3} ، غلظت الیگوپتونیک بسیار کم است ، که در اکثر سناریوهای محاسباتی و تجزیه و تحلیل ناچیز است.

حامل یک حرکت رانش جهت دار را که توسط نیروهای میدان الکتریکی هدایت می شود ، تولید می کند. در یک محیط میدان الکتریکی ضعیف ، یک رابطه متناسب مستقیم بین میانگین سرعت رانش V از حامل و مقاومت میدان الکتریکی E ، که به صورت بیان شده است ، رضایت دارد

(جایی که ضریب متناسب μ تحرک حامل نامیده می شود ، که در سانتی متر در ولت ثانیه ، یعنی CM/(V · S) اندازه گیری می شود).

این حرکت رانش حامل می تواند یک جریان رانش را تشکیل دهد و بزرگی جریان رانش با تحرک حامل همبستگی مثبت دارد. لازم به ذکر است که اگرچه جهت واقعی حرکت سوراخ ها و الکترونهای آزاد تحت عمل نیروی میدان الکتریکی مخالف است ، اما جهت جریان رانش که توسط هر یک از آنها تشکیل شده است دقیقاً یکسان است ، بنابراین جریان رانش کل در داخل نیمه هادی برابر با ابر جریان حرکت سوراخ و جریان رانش الکترون آزاد است.

هنگامی که استحکام میدان الکتریکی کاربردی یکسان باشد ، هرچه چگالی جریان رانش نیمه هادی بزرگتر باشد ، هدایت آن قوی تر می شود. تجزیه و تحلیل بیشتر نشان می دهد که چگالی جریان رانش نه تنها به طور مستقیم با تحرک حامل بلکه با غلظت حامل نیز متناسب است. Although the carrier concentration of intrinsic semiconductors is not zero and can produce weak drift currents under the action of electric fields, the multi-sub concentrations of non-intrinsic semiconductors are usually many orders of magnitude higher than the intrinsic carrier concentrations, which makes the drift current density of non-intrinsic semiconductors much larger than that of نیمه هادی های ذاتی. بنابراین ، چگالی جریان رانش نیمه هادی های ذاتی معمولاً هنگام محاسبه جریان رانش ناچیز است.

P-نیمه هادی ها را تایپ کنید و n {0} type

Q - به دلیل چگالی جریان بسیار کوچک رانش نیمه هادی های ذاتی ، نیمه هادی های ذاتی معمولاً می توانند به عنوان عایق در مقایسه با نیمه هادی های ذاتی غیر {{1} در نظر گرفته شوند. به همین دلیل ، مواد نیمه هادی مورد استفاده در ساخت واقعی مدارهای یکپارچه ، نیمه هادی های ذاتی غیر- هستند. هدایت نیمه هادی های ذاتی غیر - نزدیک به تحرک μ multiplons مرتبط است: هرچه تحرک بیشتر باشد ، هدایت نیمه هادی قوی تر می شود و دستگاه ساخته شده در نیمه هادی سریعتر است.

داده های تحرک حامل برای ژرمانیوم (GE) و سیلیکون (SI) در جدول 2 نشان داده شده است (که در آن تحرک الکترون رایگان به عنوان μN نوشته شده است و تحرک سوراخ به عنوان μP نوشته شده است). تحرک الکترونیکی رایگان μN از GE و Si بسیار بیشتر از تحرک سوراخ μP است ، بنابراین دستگاه های نیمه هادی N {{2} نوع عملکرد قابل توجهی بهتر از دستگاههای نیمه هادی P {3} در شاخص های عملکرد کلیدی مانند افزایش ، ویژگی های فرکانس و قابلیت رانندگی دارند.

همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است ، هنگامی که نیمه هادی n {{1} type و p {{2} type نیمه هادی در تماس نزدیک هستند ، یک محل اتصال PN در رابط بین این دو تشکیل می شود. در منطقه اتصال ، الکترونهای آزاد در منطقه N به منطقه P پخش می شوند ، در حالی که سوراخ های منطقه P به منطقه N پخش می شوند. پس از وقوع این حرکت انتشار ، یک میدان الکتریکی داخلی در رابط از منطقه N به منطقه P تشکیل می شود. با افزایش قدرت میدان الکتریکی داخلی به تدریج ، نیروی انتشار نهایی و نیروی میدان الکتریکی داخلی به حالت تعادل می رسند و حرکت انتشار متوقف می شود. در این زمان ، منطقه ای بدون الکترون و سوراخ های آزاد در رابط تقاطع شکل می گیرد ، که به آن منطقه بار فضا گفته می شود و اغلب به آن منطقه تخریب گفته می شود. اگر الکترودها در هر دو انتهای محل اتصال PN کشیده شوند ، می توان یک دیود را تشکیل داد-} الکترود از ناحیه P آند است و الکترود از منطقه N کاتد است.

استفاده از ولتاژ در هر دو انتهای دیود می تواند تعادل اصلی بین نیروی انتشار و نیروی میدان الکتریکی را بشکند. اگر ولتاژ کاربردی پتانسیل کاتد بالاتر از پتانسیل آند را برآورده کند ، ولتاژ اعمال شده نیروی میدان الکتریکی داخلی را افزایش می دهد ، و باعث می شود حامل هنوز قادر به انجام حرکت انتشار نباشد - از آنجا که هیچ جریان انتشار وجود ندارد ، دیود در حالت برش-} خاموش است. در مقابل ، ولتاژ اعمال شده باعث تضعیف نیروی میدان الکتریکی داخلی می شود ، حامل دوباره شروع به انتشار می کند و جریان انتشار در داخل دیود تولید می شود ، در این مرحله دیود وارد حالت هدایت می شود. این توانایی روشن یا خاموش با ولتاژ اعمال شده باعث می شود دیود یک طرفه رسانا باشد که به نوبه خود نقش مهمی در مدار دارد. در فرآیند CMOS ، انواع مختلفی از اتصالات PN تشکیل شده است که می تواند نه تنها برای تولید دیود در مدارهای یکپارچه ، بلکه برای دستیابی به انزوا برقی بین دستگاه ها در حالت تعصب معکوس نیز استفاده شود.

فرآیند معرفی 5-} valent یا 3 ارزش در نیمه هادی ها دوپینگ نامیده می شود و فرآیند دوپینگ معمولاً توسط کاشت یون استفاده می شود. هنگامی که غلظت کاشت یون کم است ، به آرامی دوپ می شود (به عنوان N⁻ ، N⁻ یا P⁻ ، P⁻ بیان می شود. هنگامی که غلظت کاشت یون زیاد است ، وی دوپ شده است (به عنوان N⁺ ، N⁺ یا P⁺ ، P⁺ بیان می شود. بدیهی است که هدایت نیمه هادی های به شدت دوپ شده بهتر از نیمه هادی های دوپ شده است.

هنگامی که دوپینگ سنگین موضعی در یک منطقه بزرگ از منطقه دوپینگ سبک انجام می شود ، به طور کلی ناحیه دوپ شده سبک به آن بستر گفته می شود و ناحیه دوپینگ سنگین به عنوان منطقه انتشار (انتشار) یا فعال (فعال) نامیده می شود. نوع نیمه هادی در منطقه انتشار و بستر می تواند یکسان باشد (هر دو n {{1} type یا نوع p -) یا متفاوت (هترومورفیسم). در فرآیند CMOS ، دو موقعیت وجود دارد: دوپینگ هموایی عمدتاً برای آموزش الکترود و تحقق اتصال از طریق تماس اهمی استفاده می شود ، و دوپینگ نوع {4} ویژه عمدتاً برای ساخت ساختار جداسازی بین دستگاه MOS و بستر استفاده می شود.

دستگاه های نیمه هادی باید از طریق فلز از الکترود خارج شوند. هنگامی که یک نیمه هادی با یک فلز در تماس است ، تغییر مجدد به الکترون ها اجازه می دهد تا از طریق سد تماس ، تونل را تونل کنند و در نتیجه مخاطبین اهمی مقاومت کم- کم ایجاد شود که می تواند برای استخراج الکترودها استفاده شود. با این حال ، در مورد دوپینگ نور ، مقاومت تماس بین نیمه هادی و فلز بسیار بزرگ است و اثر اتصال الکترود خوب نیست ، بنابراین نمی توان از آن برای بیرون کشیدن الکترود استفاده کرد. بنابراین ، برای استخراج الکترود از بستر دوپینگ کم- ، بستر باید به صورت محلی مجدداً-} با ایزومورفیسم باشد و سپس الکترود فلزی معرفی می شود.

همانطور که در شکل . 3 نشان داده شده است ، ساختار پروفایل N - چاه و فلز با تماس اهمی متصل می شود. تله های N - به آرامی دوپ شده N - نوع نیمه هادی های نوع که اغلب به عنوان بسترها استفاده می شوند و نیاز به اتصال به منبع تغذیه VDD دارند. برای دستیابی به اتصال مؤثر ، برای ایجاد یک منطقه انتشار N⁺ ، در N - نیاز است تا یک منطقه انتشار N⁺ ایجاد شود و در نتیجه با فلز برای ساخت اهم تماس بگیرید. لازم به ذکر است که سیلیس (SiO₂) در شکل 3 برای دستیابی به انزوا عایق بین فلز و نیمه هادی استفاده می شود و به منظور ایجاد تماس اهمی بین فلز و ناحیه انتشار N⁺ ، سوراخ ها باید در لایه Sio₂ باز شوند که به آنها سوراخ های تماس گفته می شود.

از آنجا که تزریق یون های خاص - می تواند دیودهای اتصال PN را بین ناحیه انتشار و بستر تشکیل دهد ، مناطق انتشار چندگانه در همان بستر می توانند توسط دیود از یکدیگر جدا شوند تا زمانی که ولتاژ تعصب به طور منطقی کنترل شود به طوری که دیود همیشه در حالت معکوس است. همانطور که در شکل . 4 نشان داده شده است ، ساختار نمایه جداسازی دیود از دو منطقه انتشار p⁺ در شکل . 4 نشان داده شده است: دو منطقه انتشار p⁺ در N - tvyly دو دیود مستقل با N -} Well} چاه و N {6 منطقه انتشار ، که می تواند اطمینان حاصل کند که این دو دیود همیشه در حالت تعصب معکوس قرار دارند و سپس انزوا دیود بین دو منطقه انتشار P⁺ را درک می کنند.

به طور مشابه ، اگر بستر نوع p - به پایین ترین پتانسیل GND وصل شود ، می توان جداسازی دیود بین مناطق انتشار چند N⁺ را بدست آورد. FIG {{2} justrture ساختار نمایه جداسازی دیود از فرآیند N -}} را نشان می دهد ، که ساختار جداسازی دیود بین دو منطقه انتشار P⁺ و بین دو منطقه انتشار N⁺ را نشان می دهد. بستر کل ویفر در شکل یک بستر نوع p - است ، و تله n - در بالای بستر نوع p {{7} ساخته شده است. Combined with the potential relationship in Fig. 5, it can be seen that the PN junction diode between the N-well and the P-type substrate is also in the reverse deflection state, which ensures the isolation between the N-well and the P-type substrate. این فرآیند ، که فقط حاوی تله های N است و تله های P را تنظیم نمی کند ، فرآیند N خوب نامیده می شود.

همانطور که در شکل . 6 A نشان داده شده است ، اگر دو منطقه انتشار P+ به N -}} تزریق شود ، یا دو ناحیه انتشار N+ به زیر لایه P - تزریق می شوند ، منطقه بین دو منطقه انتشار به عنوان یک کانال به عنوان یک کانال تعریف می شود و کانال و زیر مجموعه هستند. این بستر به حرف B گفته می شود ، و مناطق انتشار در هر دو طرف کانال توسط S و D نشان داده شده است که توسط سوراخ های تماس به فلز وصل می شوند. یک الکترود فلزی را مستقیماً در بالای کانال درست کنید ، که توسط حرف G. مشخص شده است. همراه با رابطه ولتاژ اعمال شده در شکل . 6 ، می توان دریافت که دیود اتصال PN بین N -} al و P- نوع زیرمجموعه نوع rect در هر دو منطقه RESTRESSION RESTRESSION OF RESTRESS OF RESTRESS OF RESTRESS OF RESTRESS ON RIVES RESTRESS در هر دو بخش RESTRESS در هر دو بخش RESTRESTION RESTRESSION RESTRESS OF RESTRESS OF RESTRESS در هر دو مورد در مورد Diffice Bias Bias و Diffuse of the Diffuse inse در هر دو بخش از بینش ، و در هر دو بخش از بین روتس ، حالت تعصب ، بنابراین همه S و D در شکل انجام نمی شود. لازم به ذکر است که دو مجموعه جداگانه از S ، D ، G و B در شکل وجود دارد ، با استفاده از همان حروف در اینجا ، فقط برای تسهیل نامگذاری بعدی پین های لوله MOS.

در شکل 6b ، کانال بین دو منطقه انتشار N+ متعلق به یک بستر نوع p {{2} است که به GND وصل شده است. در این زمان ، اگر V₁ ولتاژ مثبت روی G در بالای کانال اعمال شود ، میدان الکتریکی تولید شده بین G و کانال برخی الکترون ها را جذب می کند که سوراخ های موجود در کانال را پر می کند. اگر V₁ به اندازه کافی زیاد باشد که الکترون ها پس از پر کردن سوراخ باقی بمانند ، کانال از نوع p {{5} ty نوع به n {{6} type تغییر می کند ، و سپس دو منطقه انتشار n+ را وصل می کند ، به طوری که S و D انجام می شود. هنگامی که ولتاژ V₁ به 0 کاهش می یابد ، کانال به نوع P- باز می گردد ، دوباره S را از D جدا می کند. بنابراین ، S و D معادل دو انتهای یک سوئیچ الکترونیکی است و خاموش و خاموش و قطع آنها توسط ولتاژ G کنترل می شود.

به همین ترتیب ، کانال بین دو منطقه انتشار P+ در تله N در شکل {{1} b چاه N است و چاه N به VDD وصل می شود. در این مرحله ، یک ولتاژ V₂ زیر VDD روی G در بالای کانال اعمال می شود ، و میدان الکتریکی بین G و کانال الکترون ها را در کانال دفع می کند. هنگامی که V₂ به اندازه کافی کم است ، نه تنها الکترون های رایگان از کانال دفع می شوند ، بلکه در برخی از پیوندهای کووالانسی نیز الکترون ها نیز دفع می شوند و سوراخ هایی را در داخل کانال ها تشکیل می دهند. به این ترتیب ، کانال از N - تغییر می کند به P - شکل ، وصل می شود ، دو منطقه انتشار P+ را به هم وصل می کند و به S و D اجازه می دهد. هنگامی که ولتاژ V₂ دوباره به VDD افزایش می یابد ، کانال به نوع N - باز می گردد ، و دوباره از D جدا می شود ، بنابراین ساختار نیز یک سوئیچ الکترونیکی است که توسط G کنترل می شود.

0040-35057 Rev.C جوشکاری ، درج شیر شکاف ، محفظه فرآیند

CMOS

مناطق انتشار در هر دو طرف کانال به عنوان منبع (ها) و تخلیه (D) نامیده می شوند و صفحه الکترود بالای کانال گیت (G) نامیده می شود که همراه با پشتی (B) بستر لوله MOS را تشکیل می دهند. دستگاه متشکل از دو منطقه انتشار N+ و دروازه های مربوطه آنها به لوله های NMOS گفته می شود ، و دستگاه های متشکل از دو منطقه انتشار P+ و دروازه های مربوطه آنها به لوله های PMOS گفته می شود و نمادهای این دو در شکل {3} c نشان داده شده است.

مواد دروازه لوله های اولیه MOS آلومینیومی است که متعلق به دسته فلز است. سیلیس بین دروازه و کانال متعلق به اکسید است. کانال متعلق به نیمه هادی است. با ترکیب اولیه سه کلمه انگلیسی فلز - اکسید- نیمه هادی به MOS می دهد (یعنی فلز {7} اکسید - نیمه هادی) ، به همین دلیل لوله MOS نامگذاری شده است. لازم به ذکر است که در فرآیند واقعی ، ضخامت لایه سیلیس در زیر دروازه باید کمتر از مناطق دیگر باشد.

لوله های MOS را می توان به سادگی به عنوان سوئیچ های الکترونیکی کنترل شده توسط ولتاژ دروازه درک کرد: لوله های NMOS وقتی ولتاژ دروازه زیاد است روشن می شوند و لوله های PMOS در هنگام کم بودن ولتاژ دروازه روشن می شوند. همانطور که در شکل 7 نشان داده شده است ، لوله PMOS و لوله NMOS به صورت سری بین VDD و GND به هم وصل می شوند و دو دروازه به عنوان درگاه ورودی A به هم وصل می شوند و زهکشی دو لوله MOS به عنوان پورت خروجی Y به هم وصل می شوند. هنگامی که A کم است ، لوله NMOS قطع می شود ، لوله PMOS روشن می شود و خروجی Y کشیده می شود. در نتیجه ، A و y یک فاز معکوس را تشکیل می دهند و مدار را اینورتر نامیده می شود.

در اینورتر نشان داده شده در شکل . 7 ، زیرا لوله PMOS به دروازه لوله NMOS وصل شده است ، و ولتاژ دروازه مورد نیاز برای روشن شدن این دو برعکس است ، لوله NMOS و لوله PMOS در همان زمان روشن نمی شوند ، و جریان جریان بین منبع تغذیه و زمین وجود ندارد که معادل آن باشد که دارای قدرت استاتیک است. علاوه بر اینورتر ، لوله NMOS و لوله PMOS همچنین می توانند دروازه های منطق دیگری را نیز تشکیل دهند که همچنین هیچ مصرف انرژی DC در حالت عملیاتی استاتیک ندارد. با توجه به خصوصیات مکمل بسیار عالی لوله های NMOS و لوله های PMOS ، مدار تشکیل شده از این دو با نام Meal Metal - اکسید- نیمه هادی (CMOS) نامگذاری شده است.

0020-42287 Plate Perf 8inch EC WXZ

اگرچه هیچ جریان مستقیمی بین منبع تغذیه و زمین (به عنوان مثال ، مصرف انرژی استاتیک) وجود ندارد که دروازه منطق CMOS در حالت استراحت باشد ، در طول تلنگر حالت گیت منطق ، لوله NMOS و لوله PMOS یک پدیده هدایت همزمان کوتاه خواهند داشت که مصرف انرژی پویا خاصی را ایجاد می کند. علاوه بر این ، روند شارژ و تخلیه خازن های بار توسط گیتس منطق نیز مصرف برق را متحمل می شود. از آنجا که این مصرف برق همه مربوط به چرخش دروازه منطقی است ، هرچه فرکانس ساعت بیشتر باشد ، مصرف برق مدار CMOS بیشتر می شود. با این حال ، فرکانس ساعت مدارهای یکپارچه در مقیاس بزرگ-} به طور کلی زیاد است ، بنابراین حل مصرف برق و مشکلات اتلاف گرما هنوز یک مشکل دشوار در طراحی مدار یکپارچه CMOS است.

از آنجا که فرآیند CMO ها طبق قانون مور همچنان در حال توسعه است ، ضخامت لایه سیلیس بین دروازه و کانال همچنان کاهش می یابد و پدیده نشت دروازه بیشتر و جدی تر می شود. این مشکل قبل از مرحله فرآیند عمیق زیر میکرون آشکار نبود ، اما پس از ورود به ده ها گره فرآیند نانومتر ، قدرت نشت دروازه به منبع اصلی مصرف انرژی مدار تبدیل شده است. قبل از مرحله فرآیند عمیق زیر میکرون ، فقط به دروازه ساعت نیاز است تا مدار را خاموش کند. با این حال ، پس از فرآیند عمیق زیر میکرون ، وضعیت تغییر می کند - علاوه بر خاموش کردن ساعت ، ولتاژ عرضه باید کاهش یابد یا باید ولتاژ بستر افزایش یابد تا به حداقل برسد مصرف انرژی نشت دروازه. با گسترش مداوم مقیاس مدارهای یکپارچه ، مصرف انرژی و اتلاف گرما به تنگناهای طراحی تبدیل شده است. فقط از طریق نوآوری تکنولوژیکی بیشتر می توانیم پیشرفت مداوم قانون مور را تضمین کنیم و ادغام تراشه ها را بیشتر بهبود بخشیم.