Реферат: Конструктивно-технологические разновидности МДП-транзисторов - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

Конструктивно-технологические разновидности МДП-транзисторов

Банк рефератов / Радиоэлектроника

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Архив Zip, 920 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникального реферата

Узнайте стоимость написания уникальной работы

15 БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ Кафедра РЭС РЕФЕРАТ На тему : « КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАЗНОВИДНОСТИ МДП-ТРАНЗИСТОРОВ » МИНСК, 2008 Конструкции МДП-транзисторов в микросхемах с алюминиевой металлизацией . Вариант конструкции активного транзистора с прямоугольным каналом и со средним значением крутизны передаточной характеристики представлен на рис.1 . Под алюминиевым затвором находится тонкий слой термически выращенного окисла кремния (0,05 ...0 ,10 мкм . За пределами области канала толщина окисла составляет 1 мкм . Этот сравнительно толстый слой окисла выполняет функции защитного диэлектрика, позволяет существенно снизить значения паразитных емкостей сигнальных шин и повысить пороговое напряжение паразитных МДП-транзисторов ( рис.1 ) в местах прохождения алюминиевых проводников над диффузионными шинами питания . Рис.6.1 Чертеж топологии (а) и электрическая схема (б) паразитного транзистора . Рис.1 Конструкция (а) и электрическая схема (б) нагрузочного р-канального МДП-транзистора Рис.2 Конструкция МДП-транзистора с П-образным каналом В нагрузочных транзисторах значение крутизны передаточной характеристики может быть небольшим, и соответственно отношение длины канала к его ширине выбирается таким, чтобы при заданной крутизне нагрузочный транзистор занимал минимальную площадь ( рис.1 ). В том случае, когда для обеспечения высоких значений крутизны характеристик активного транзистора отношение b к/ l К должно быть равно или больше 20, с целью экономии площади рекомендуется П-образная форма канала ( рис.2 ). Для повышения степени интеграции в микросхемах, требующих последовательного и параллельного соединения транзисторов, области истоков или стоков МДП-транзисторов могут быть объединены ( рис.3 ). На рис.4 приведена конструкция инвертора, в которой диффузионная область стока активного VT 1 и истока нагрузочного VT 2 МДП-транзисторов объединены . Освоение производства р-канальных МДП-транзисторов с индуцированным каналом и алюминиевым затвором позволило получить следующие параметры МДП-структур : минимальная длина канала 10 ...1 2 мкм (по затвору 20 мкм ), глубина залегания р-п переходов 2,5 мкм, боковая диффузия под окисел 2 мкм, толщина подзатворного диэлектрика 0,12 ...0 ,15 мкм, напряжение питания 12 В, пороговое напряжение ( - 4+0,5 ) В, удельное поверхностное сопротивление диффузионных областей истока и стока и диффузионных шин 50 ...1 00 Ом/т, пробивное напряжение р-п переходов областей истока и стока свыше 30 В, пороговое напряжение паразитных транзисторов свыше 40 B , подвижность дырок в канале около 200 см2/( B · c ), плотность поверхностных состояний 1011…1012 см– 2. Рис 3 . Фрагменты топологии (а, в ) и электрические схемы (б, г ) при параллельном (а, б ) и последовательном (в, г ) включении транзисторов . Рис.4 . Конструкция (а) и электрическая схема (б) инвертора на МДП-транзисторах с нелинейной нагрузкой и алюминиевой металлизацией . На таких структурах были созданы одни из первых логических интегральных МДП-микросхем с минимальным временем задержки на вентиль 80 ...1 00 нс и основным показателем качества микросхем - произведением мощности на задержку 60 ...8 0 пДж . Хорошо отработанная технология производства и меньшая стоимость способствуют тому, что микросхемы на р-МДП-транзисторах выпускают до сих пор, несмотря на худшие характеристики . Усовершенствование технологических операций, в первую очередь тех, которые направлены на снижение встроенного в окисле заряда и плотности поверхностных состояний, привело к созданию интегральных n -канальных МДП-транзисторов . Преимуществами микросхем на таких транзисторах являются : повышенное в 2 ...3 раза быстродействие, совместимость по знаку и уровню питающего напряжения с ТТЛ-микросхемами на биполярных транзисторах . Применение кремниевых подложек с рабочей поверхностью, ориентированной по кристаллографической плоскости (100 ), приводит к уменьшению плотности поверхностных состояний до 1011 см– 2 и к еще большему снижению порогового напряжения . Возможности управления пороговым напряжением расширяются, если использовать многослойный подзатворный диэлектрик . В этом случае в игру вступают дополнительный заряд на границе диэлектриков, объемный встроенный заряд дополнительного диэлектрика, заряд, обусловленный поляризацией диэлектриков . МНОП-транзисторы . Одним из вариантов МДП-транзистора с многослойным диэлектриком является структура металл - нитрид кремния - окисел кремния - полупроводник (сокращенно - МНОП ). Пленка нитрида кремния обладает высокой пассивирующей способностью (поскольку скорость дрейфа положительных ионов в нитриде на несколько порядков меньше, чем в окисле ) и более высокой диэлектрической проницаемостью . Уже одно это позволило бы снизить пороговое напряжение на 1 ...1.5. В и повысить удельную крутизну . Однако использовать один только нитрид кремния в качестве подзатворного диэлектрика оказалось невозможно из-за появления заряда на границе раздела кремний - нитрид кремния, зависящего от напряжения на затворе . Это приводит к непостоянству порогового напряжения приборов и к его гистерезису . Использование МНОП-структуры позволило получить приборы, в которых эквивалентная толщина диэлектрика уменьшается примерно в полтора раза, пороговое напряжение снижается в среднем на 1 В . Эта же МНОП-структура при толщине пленки SiO 2 0,005 мкм (5 нм ) может быть использована в качестве элемента памяти в ППЗУ с электрическим стиранием и записью информации . МОАП-транзисторы . Использование А12Оз в качестве второго подзатворного диэлектрика обусловлено его способностью создавать на границе с SiO 2 встроенный отрицательный заряд, что позволяет получать n -канальные приборы с индуцированным каналом, работающие в режиме обогащения при пороговом напряжении, примерно равном +1 В . Конструкции МДП-транзисторов с поликремниевыми затворами . В МДП-транзисторах с алюминиевым затвором имеются значительные по площади области перекрытия затвора с областями истока и стока (см . Рис.6.1 ), что, с одной стороны, необходимо для надежного обеспечения формирования канала транзисторов, с другой - приводит к наличию . паразитных емкостей Сзи и Сзс, снижению быстродействия МДП-микросхем . Уменьшение размеров областей перекрытия затруднено ошибками совмещения фотошаблонов металлизации с областями истока и стока, т.е. разрешающей способностью фотолитографии по алюминиевой металлизации, которая не превышает ±1 мкм . Использование поликремния в качестве материала затвора ( рис.5 ) позволило получить ряд существенных конструктивно-технологических преимуществ и значительно повысить параметры МДП-приборов . Значительно уменьшена глубина залегания р-п переходов истока и стока (до 2 ...1 мкм ) и боковой диффузии (до 0,6 ...1 ,4 мкм ), а вместе с тем значительно уменьшены перекрытие затвором областей истока и стока и площади р-п переходов, и, таким образом, существенно снижены значения соответствующих паразитных емкостей . Наименьшие величины перекрытий получены при использовании ион н ого легирования при формировании областей истока и стока, однако сопротивление поликремниевых шин при этом остается высоким . Для увеличения проводимости шин используют комбинацию диффузионного и ионного легирования . Совместимость материала затвора с материалами защитного слоя (например, поликремния и пиролитически нанесенного окисла кремния ) позволила значительно сблизить контакты стока и истока, уменьшить размеры этих областей и всего прибора в целом, повысить степень интеграции МДП-микросхем . 1 2 3 Рис.5 . Структура МДП-транзистора с поликремниевыми затворами: 1 - подложка р-типа; 2, 3 - диффузионные n + - области истока и диффузионных шин (первый уровень разводки), 4, 5, 7 - алюминиевые контакты к истоку, затвору и стоку;, 6 - поликремниевый затвор; 8 - проводник из легированного поликремния (второй уровень разводки); 9 - алюминиевая шина (третий уровень разводки); 10 - межслойный диэлектрик ( SiO 2, БСС, ФСС) Рис.6 . Структуры МДП-транзисторов с индицированным и встроенным каналами, истоки и стоки которых сформированы комбинацией диффузии и ионного легирования: 1 - подложка р-типа; 2 - диффузионная n +-область истока; 3 - ионно-легированная n +-область истока; 4 - встроенный ионно-легированный n -канал; 5, 7,8, 10, 11 - алюминиевые выводы истоков, стоков и затворов; 6, 9 - поликремниевые затворы . Уменьшена ширина канала до 4 ...6 мкм за счет более точного формирования конфигураций истока, стока и затвора и меньшего перекрытия этих областей . Снижение толщины подзатворного диэлектрика до 0,07 ...0 ,1 мкм позволило резко увеличить крутизну характеристики транзисторов и повысить быстродействие микросхем . Применение поликремния в качестве материала затвора дает снижение контактной разности потенциалов ц мп и уменьшение порогового напряжения . К этому же результату приводит уменьшение плотности заряда поверхностных состояний Qss благодаря эффективной защите подзатворного диэлектрика материалом затвора и отжиг этого диэлектрика при высоких температурах в процессе проведения операций легирования кремния . Снижение пороговых напряжений дало возможность перейти к использованию источников питания с рабочим напряжением 5 В, снизив потребляемую мощность БИС . Освоение технологии изготовления МДП БИС с поликремниевыми затворами транзисторов, сочетающей диффузионное и ионное легирование, позволило создать в составе микросхем МДП-транзисторы со встроенным каналом, работающие в режиме обеднения ( Рис.6 ). Нагрузочные транзисторы n -МДП-типа со встроенным каналом обладают более высоким быстродействием, лучшей помехоустойчивостью и занимают вдвое меньшую площадь, чем нагрузочные транзисторы, работающие в режиме обогащения (см . рис.2 , 4 ) при той же потребляемой мощности . Все указанные факторы в сочетании позволили создать МДП БИС с минимальной задержкой на один элемент 1 ...4 не и значительно уменьшить такой важный параметр, как произведение мощности на задержку (1 ...4 пДж ), что уже вплотную подходит к аналогичным параметрам БИС на биполярных транзисторах . Конструкции Д-МДП-транзисторов . Конструкция Д-МДП-транзистора разработана специально для обеспечения высокого быстродействия за счет уменьшения длины канала до субмикронных размеров . Короткий канал получают по принципу формирования тонкой базы в биполярном транзисторе - за счет медленного, хорошо контролируемого и управляемого процесса диффузии (поэтому Д-МДП, т.е. диффузионный МДП-транзистор ). В этом транзисторе области канала р-типа и истока n +-типа формируются в процессе двух диффузий в одно и то же окно в окисной маске . Конструкция Д-МДП-транзистора не требует высокой точности совмещения затвора с областями истока и стока, как в обычном МДП-транзисторе . В связи с этим оказалась возможной реализация МДП-структур с длиной канала 0,4 ...1 мкм даже при ограниченных возможностях фотолитографического процесса по разрешающей способности . Короткий канал формируется в приповерхностной области . Кремния p - типа электропроводности в промежутке между двумя р-п переходами . Число носителей тока в этом индуцированном канале определяется напряжением на затворе, а скорость их перемещения - напряжением, приложенным между истоком и стоком . Произведение числа носителей на их скорость пропорционально току стока . В и-канальных Д-МДП-транзисторах при длине канала менее одного микрона электроны, инжектированные из области истока, даже при сравнительно небольших напряжениях на стоке приобретают значительную скорость. Рис.7 . Структура обычного n -канального МДП-транзистора (а ) и диффузионного n -канального Д-МДП-транзистора (б ): / - область канала ; 2 - область дрейфа электронов . В обедненной n -области между каналом и стоком при нормальных смещениях ( Uc > U нас ) электроны, прошедшие канал, инжектируются в область объемного пространственного заряда, прилегающую к n +-области стока, и дрейфуют к стоку в сильном электрическом поле . Такая же область дрейфа существует и в обычных МДП-транзисторах при Uc > U нас ( рис.7 ) Таким образом, несмотря на различия в конструкциях, принцип работы Д-МДП - и МДП-транзисторов одинаков . Но в производстве Д-МДП-транзисторов использованы достижения как биполярной технологии (малое расстояние между двумя р-п переходами ), так и технологии изготовления МДП-структур (формирование тонкого подзатворного диэлектрика с малой толщиной, низкой дефектностью и плотностью поверхностных состояний ). Освоение технологии микросхем на Д-МДП-транзисторах с использованием эпитаксиальных структур позволяет, кроме того, формировать на одной и той же подложке биполярные п-р-п-транзисторы и изолированные от них Д-МДП-транзисторы ( рис.8 ), что имеет исключительное значение для производства как аналоговых (например, операционных усилителей ), так и логических микросхем . Перекрытие электродом затвора обедненной области объемного заряда ( рис.7 , б ) дает лишь незначительный вклад в паразитную емкость Сзс, но наличие этой области позволяет повысить рабочее напряжение прибора до нескольких сотен вольт . Короткий канал и малая емкость Сзс позволили увеличить быстродействие микросхем с Д-МДП-транзисторами примерно в 5 раз при том же минимальном проектном геометрическом размере, что и в БИС на обычных МДП-транзисторах : значения времен переключения и задержки в логических микросхемах на Д-МДП-транзисторах составляют 1 не и менее . Пробивное напряжение Д-МДП-транзисторов составляет 300 ...4 00 В . В связи с малой плотностью размещения элементов в кристалле маловероятно, что Д-МДП-транзисторы будут широко использоваться в БИС, но благодаря своим уникальным свойствам они найдут применение в быстродействующих переключающих устройствах с высоким рабочим напряжением и в устройствах большой мощности . Рис.8 . Структура планарно-эпитаксиаль ного Д-МДП-транзистора: 1,7-диффузионныеобласти истока и стока; 2,5-шины алюми ниевой метал лизации; 3 - затвор; 4 - подзатворный тонкий окисел; 6 - изолирующая область; 8 - n -эпитаксиальный слой, 9 - подложка; 10 - область получаемая методом двойной диффузии для формирования канала транзистора . Рис 9. Фрагмент структуры кристалла с V -образным углублением для формирования V -МДП-транзистора . Конструкции V -МДП-транзисторов . Все рассмотренные ранее МДП-транзисторы имеют планарную конструкцию, т.е. являются двумерными . V -МДП-технология добавляет в конструкцию МДП-транзисторов третье измерение, позволяя формировать исток прибора под его затвором и стоком, а не рядом с ними . Это третье измерение дает V -МДП-приборам преимущества как по быстродействию, так и по . плотности упаковки перед такими структурами, как п-канальные МДП-приборы с кремниевыми затворами . Собственно говоря, термин « V -МДП-транзистор» относится к МДП-приборам, в которых буква V означает, во-первых, вертикальное направление протекания тока от расположенного в подложке истока к расположенному над ним стоку и, во-вторых, способ формирования приборов селективным вытравливанием в исходной заготовке углубления V -образного сечения ( рис.9 ). V -МДП-транзистор получают на боковых стенках этого углубления . Особо следует отметить, что n +-исток, расположенный под n +-стоком, вообще не требует для своего формирования дополнительной площади на поверхности пластины, что обусловливает высокую компактность V -МДП-структуры . Кроме этого, истоковая область n +-типа выполняет роль земляной шины и не требует, как это бывает в других конструктивно-технологических вариантах, дополнительной площади кристалла для заземляющих шин . Пирамидальная ямка вытравливается на такую глубину, чтобы она пересекла ионно-легированный слой n +-типа и эпитаксиальный слаболегированный р-слой, диффузионно-легированный n – -слой, достигнув вершиной высоколегированной подложки n + - типа . Сечение р-слоя служит основой для формирования канала . Этот слой имеет глубину менее 1 мкм, его сечение плоскостями V -образного углубления определяет длину V -МДП-транзистора . Ширина канала в V -МДП-транзисторе получается большой, так как этот канал расположен по всему периметру V -образного углубления . Поскольку ширина канала определяет максимальный ток транзистора и его усиление, постольку V -МДП-транзисторы можно непосредственно сопрягать с системами, требующими больших управляющих токов, например со схемами, содержащими большое количество ТТЛ-нагрузок, светодиодными индикаторами и даже небольшими электродвигателями . Слой подзатворного диэлектрика формируется на поверхности V -образного углубления ( рис.1 0 ). В качестве материала затвора применяют алюминий либо поликремний . Область объемного пространственного заряда выполняет в V -МДП-транзисторе ту же роль, что и обедненная область пространственного заряда в Д-МДП-транзисторе : увеличивает пробивное напряжение транзистора, дает пониженные значения паразитной емкости Сзс . Трехмерность V -МДП-транзисторной структуры является фактором существенного повышения плотности упаковки БИС . В связи с низким выходом годных и ограниченных логическими возможностями перспективы создания V -МДП-БИС невелики . Но такие структуры обладают уникальными способностями управления очень большими токами с высокой скоростью их переключения . Они нашли применение в звуковых высококачественных усилителях мощности, в широкополосных усилителях, в источниках вторичного электропитания для преобразования постоянного тока в переменный при меньших затратах, массе и габаритных размерах, чем традиционные источники питания . Конструкции МДП-транзисторов на диэлектрической подложке . Использование структур с эпитаксиально выращенным на диэлектрической подложке (сапфир или шпинель ) слоем монокристаллического кремния толщиной 0,7 ...2 ,0 мкм с целью изготовления МДП-транзисторов целесообразно, так как позволяет существенно снизить паразитные емкости транзистора и коммутационных проводников, избавиться от паразитных транзисторных структур, упростить технологию изготовления МДП-приборов. Транзисторы формируются в изолированных друг от друга островках, что позволяет уменьшить практически до нуля паразитные межэлемент'ные связи через подложку. Диффузия для формирования истока и стока ( рис.1 1) проводится на всю глубину эпитаксиального слоя, что позволяет получать вертикальные р-п переходы малой площади с малыми емкостями. Рис.1 0 Структура V -МДП-транзистора: / - область канала; 2 - область дрейфа электронов . Рис.1 1. Структура МДП-транзистора на диэлектрической (сапфир) подложке: / - подложка; 2, 4 - исток и сток; 3 - эпитак-сиальная р-область; 5, 8-шины металлизации; 6 - подзатворный тонкий диэлектрик; 7-затвор . МДП-структуры на диэлектрической подложке обладают существенно более высоким быстродействием по сравнению с аналогичными структурами на кремниевой подложке и позволяют, кроме того, несколько сэкономить площадь при создании МДП БИС . ЛИТЕРАТУРА 1 . Ненашев А .П. Конструирование радиоэлектронных средств : Учеб . для радиотехнических спец . вузов . – Мн .: Высшая школа, 2000 . 2 . Основы конструирования изделий радиоэлектроники : Учеб . пособие / Ж .С. Воробьева, Н .С. Образцов, И .Н. Цырельчук и др . – Мн .: БГУИР, 2001
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
Девушки обожают ужинать при свечах, но зловещая пентаграмма и голова козла на столе их как-то отталкивают.
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, реферат по радиоэлектронике "Конструктивно-технологические разновидности МДП-транзисторов", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru