Was ist der Hauptgrund für die Verwendung von High-k-Materialien (hohe Permittivität) als Gate-Isolator?

Antwort: A. Mit Materialien hoher Permittivität lässt sich bei größerer physikalischer Schichtdicke der Tunnelstrom unterdrücken und dennoch eine große Gate-Kapazität erzielen

Wird SiO2 dünner als etwa 1.2 nm, steigt der Gate-Leckstrom durch Tunnelstrom pro 0.1 nm Schichtdicke um jeweils ein Mehrfaches stark an. Mit Hafniumoxid-basierten Materialien mit einer relativen Permittivität von etwa 20 bis 25 lässt sich bei gleicher Gate-Kapazität die physikalische Schichtdicke um ein Mehrfaches erhöhen und der Leckstrom um mehrere Größenordnungen senken. Da die Schwellspannung an der Grenzfläche zwischen High-k-Schicht und Polysilizium-Gate leicht festgelegt wird (Fermi-Level-Pinning), wird sie mit Metall-Gates kombiniert und seit der 45-nm-Generation (2007) eingesetzt.