柵極同樣面臨等比例縮小的挑戰(zhàn)。施加在TC74HC221AF柵極上的電壓會(huì)將少數(shù)載流子從溝道區(qū)吸引到電介質(zhì)和溝道的界面處,形成反型載流子分布。這時(shí)會(huì)在柵極的兩側(cè)形成載流子的累積,以維持電荷中性,這必將耗盡附近半導(dǎo)體的電荷。當(dāng)半導(dǎo)體的電荷被完全耗盡時(shí),半導(dǎo)體就等于絕緣體了,相當(dāng)于增大了柵介質(zhì)的有效厚度。盡管耗盡層厚度只有幾個(gè)埃的⒏O2厚度(對(duì)于NM()S為2~4A,對(duì)于PMOS為3~6A),但是當(dāng)柵介質(zhì)厚度降到十幾個(gè)埃左右時(shí),這一厚度的影響就變得十分顯著。由于降低等效氧化層厚度是器件等比例縮小的關(guān)鍵,因此多晶硅的耗盡就成了一個(gè)很大的障礙。

   雖然可以通過(guò)提高多晶硅柵極的摻雜濃度來(lái)提高材料中自由載流子的濃度,以此來(lái)緩解多晶硅的耗盡,但是柵極中的摻雜已經(jīng)接近飽和水平,尤其對(duì)PM()S來(lái)講,高濃度硼穿透柵介質(zhì)已經(jīng)是十分嚴(yán)重的問(wèn)題了。而金屬中有大量的自由載流子度,不會(huì)受到耗盡的限制。

   另外采用金屬柵替代多晶硅柵還可以消除遠(yuǎn)程庫(kù)侖散射效應(yīng),有效抑制高花柵介質(zhì)中表面軟聲子散射引起的溝道載流子遷移率下降。與多晶硅柵/高慮介質(zhì)相比,金屬柵/高乃介質(zhì)柵結(jié)構(gòu)具有更高的電子和空穴遷移率,合適的閾值電壓,在RMOS和PMOS器件中具有更高的驅(qū)動(dòng)電流性能。