Материал: UnEncrypted

А.5.3.2 Кремнієва підкладка легована атомами бору з концентрацією =1,5·107 cм-3. На поверхню підкладки нанесений миш'як p концентрацією

=1,5·102 cм-3. Процес здійснюється тривалістю 20 хвилин при температурі 1200◦С, коефіцієнт дифузії = 2,46·10-13 см2/с. Визначити глибину переходухпер.

Вказівка: при Nd =104 , використовуючи функцію erfc, маємо рівність

N0

= 2,73.

А.5.3.3 На кремнієвій підкладці р-типу створений епітаксійний шар п- типу товщиною 10мкм з концентрацією 1016см-3. Для ізоляції п-шару проводять дифузію бору при температурі 1200°С. Коефіцієнт дифузії =

= 2,5·10-12 см2/с; концентрація бору на поверхні постійна і складає 1020 см-3. а) яка повинна бути тривалість даного процесу? При відповіді використайте те, що рівняння erfc(z) = 10-4 має корінь z ≈ 2,75. б) на яку глибину продифундуються атоми сурми, що утворюють прихований домішковий шар, в дану епітаксійну плівку за визначений в п. а) час? Коефіцієнт дифузії =2·10-13 см2/с; незмінна концентрація домішки на межі системи підкладка-

епітаксійний шар дорівнює 1020см-3.

А.5.3.4 Епітаксійний шар товщиною 10мкм рівномірно легований донорною домішкою з концентрацією 5·1015см-3. Щоб ізолювати цей шар, проводять дифузію атомів бору, які нанесені на поверхню з концентрацією 1019см-3. Процес триває 10 годин, під час якого концентрація домішки на поверхні підтримується постійною. Визначити температуру, яку необхідно створити в печі.

Вказівка: відомо, якщо Nd = 5 10−4 , то коефіцієнт дифузії

N0

=1,138 10-12 см2/с одержимо при 1000/Т = 0,7.

А.5.3.5 Базова область біполярного транзистора сформована двоетапною дифузією бору, яка забезпечує гаусівський профіль розподілу домішок. Відомо, шо на поверхні концентрація домішки 8·1017см-3, глибина емітерного переходу 1,3мкм, глибина колекторного переходу 2 мкм, концентрація домішки в епітаксійному колекторному шарі 1015см-3. Знайти вираз, який описує розподіл концентрації легуючої домішки в базі.

А.5.3.6 Знайти час, який необхідний для нанесення оксидного шару товщиною 450нм при температурі 1050°С. На поверхню пластини з кремнію р-типу питомим опором 10 Ом·м. Процес оксидування вологий і характеризується параметрами А = 0,31 мкм; В = 0,47мкм2/год.

А.5.3.7 Поверхня кремнієвої пластини вкрита оксидним шаром товщиною 100нм. Визначити час, який необхідний для створення додаткового шару оксиду в атмосфері сухого оксигену при температурі 1200°С. Остаточна товщина шару хок = 0,18 мкм достатня для маскування дифузії

210

бору, що здійснюється за 100 хвилин при температурі 1100°С. Константи оксидування при температурі 1200°С А = 5·102 мкм; В = 4,2·10-2 мкм2/год.

А.5.3.8 Знайти час, за який формується оксидна плівка товщиною 2мкм на поверхні кремнієвої підкладки при температурі 960°С і тиску пари

25атм (2,45МПа). Константи оксидування при таких умовах: А=0,50 мкм;

В = 5,0 мкм2/год.

А.5.3.9 Горизонтальний п+-р-перехід створений шляхом дифузії фосфору в кремнієву підкладку р-типу. Потім перехід піддано сухому оксидуванню при температурі 900°С терміном 5год. Відомо, що початкова товщина оксидної плівки перед сухим оксидуванням над п+ - складає 2мкм, а над р-областю на 0,054 мкм більша. При заданих умовах константи оксидування мають значення А = 2,25·102 мкм; В = 5,4·10-3 мкм2/год. Визначити різницю товщин оксидних шарів над п+ - і р-областями.

А.5.3.10 Плівковий резистор ІС створений дифузією атомів фосфору в епітаксійний шар р-типу, легований з концентрацією = 1017см-3. Після

перерозподілу домішок при температурі 1000◦С глибина р-п-переходу хпер = = 2,5 мкм. Визначити поверхневий опір шару плівки (Ом/cм ), отриманий в процесі дифузії, якщо відповідна питома провідність = 1,5·103 См/см.

Знайти довжину резистора опором 2 кОм, якщо його мінімальна ширина має 6,1·10-3мкм.

А.5.3.11 Відносна діелектрична проникність матеріалів SіO2 і SiN4 дорівнює 3,9 і 7,5, відповідно. Визначити для кожного випадку питому ємність (Ф/см2) шару матеріалу товщиною 0,1мкм.

А.5.3.12 На кремнієвій підкладці р-типу з параметрами = 20 Ом·см; = 500 см2В-1с-1 створена ізольована епітаксійна область п-типу, яка має

питомий опір 0,2 Ом·см, довжину 0,254 мм, ширину 0,127 мм і товщину 0,0254 мм. Знайти паразитну ємність між п-областю і підкладкою р-типу, якщо до області прикладено зворотну напругу 5В. Ємність складається з ємності С1 між областю і підкладкою, а також ємності С2, яка обумовлена бічними ділянками, причому питома ємність складає 0,1пФ/0,000645 мм2.

А.5.3.13 В інтегральній схемі сформований МОН-конденсатор з товщиною оксидною шару 50 нм. Знайти площу, яку цей конденсатор займає на кристалі, якщо його ємність 200 пФ. Вважати, що = 3,5.

А.5.3.14 Скласти список не менше 15 операцій, починаючи з нанесення шару SiO2 і закінчуючи металізацією алюмінієм, які входять у технологічний цикл виробництва епітаксійного транзистора з подвійною дифузією і з прихованим шаром.

А.5.3.15 Визначити кількість фотошаблонів і мету їх використання, необхідних для створення п-р-п-транзисторів інтегральних схем при одному шарі внутрішньо-схемних з'єднань за технологією: а) епітаксійнопланарною: б) ізопланарною.

211

А.5.3.16 Які параметри епітаксійно-планарного транзистора ІС з прихованим шаром зміняться, якщо: а) зменшити горизонтальні розміри прихованого п+-шару; б) зменшити концентрацію домішок в цьому шарі; в) збільшити горизонтальні розміри цього шару так, щоб він досягав ізолювальних р-областей; г) використовувати фосфор, як легуючу домішку в цьому шарі?

А.5.3.17 Які параметри ізопланарного п-р-п транзистора ІС зміняться, якщо: а) при незмінній товщині бази зменшити товщину епітаксійного шару настільки, що база буде межувати з прихованим п-переходом; б) збільшити енергію іонів при легуванні бази; в) зменшити дозу легування бази?

А.5.3.18 В скільки разів зміниться надмірний заряд дірок в колекторі п-р-п транзистора при використанні у його структурі переходу Шотткі між колектором і базою, якщо різниця спаду напруг на колекторі відносно

аналогічного транзистора без цього переходу U = 260 мВ при температурі

Т = 120 оС ?

А.5.3.19 а) Нарисувати принципові схеми п'яти основних варіантів реалізації діода на основі п-р-п-транзистора: колектор з'єднаний з базою, колектор з'єднаний з емітером, колектор вільний, емітер з'єднаний з базою, емітер вільний; б) вияснити, у якої з цих схем найменший спад напруги при прямому зміщенні; в) у якої з схем напруга пробою найбільша; г) у яких схемах найбільші і найменші зворотні струми?

А.5.3.20 Якщо не виконати відповідних заходів, то при виникненні контакту алюмінію з кремнієм в колекторній області п-р-п-транзистора утворюється не омічний контакт, а діод Шотткі. Пояснити, яку технологічну операцію необхідно провести, щоб на межі поділу Al-Si утворився омічний контакт.

А.5.3.21 Пояснити, чому транзистору р-п-р з горизонтальною структурою притаманні низькі значення параметра β ?

А.5.3.22 На деякій підкладці (П) створений транзистор VT1 типу п-р-п: а) нарисувати, яким чином між чотирма виводами Е, Б, К і П розташовуються транзистор VT1 разом з транзистором VT2 типу р-п-р; б) використовуючи рисунок, пояснити в якому режимі працює транзистор VT2, якщо транзистор VT1 перебуває: 1) в активному режимі; 2) в режимі відсічки: 3) в режимі насичення.

А.5.3.23 Часто в ІС використовують багатоемітерні біполярні транзистори типу п-р-п. а) у чому причина їх широкого використання; б) як зміниться інверсний коефіцієнт передачі багатоемітерного транзистора при зменшенні струму бази?

А.5.3.24 Знайдіть опір і паразитну ємність резистора, створеного в ба-

зовому шарі біполярного п-р-п-транзистора товщиною 0,2 мкм, довжиною l = 100мкм і шириною b = 5мкм, = 1013см-3; = 300 см2В-1с-1.

Концентрація донорів у епітаксійному шарі = 1016см-3, напруга на кінцях резистора відносно підкладки U1 = 260мВ, U2 = 260мВ, UП = 260мВ. Ємністю

212

і опором крайових (контактних) областей можна знехтувати. Вказівка: для розрахунку паразитної ємності використати формулу для бар'єрної ємності плоского р-п-переходу iз ступінчатам розподілом домішок.

А.5.3.25 Знайти максимальну ємність тонкоплівкового конденсатора з діелектриком із SiO і розмірами верхньої обкладки 100x100мкм при напрузі пробою 30В, відносна діелектрична проникність монооксиду кремнію = 5.

А.5.3.26 Затвор польового транзистора типу р-МОН, який працює в режимі збагачення, з'єднаний зі стоком: а) нарисувати відповідну принципову схему; б) знайти вид функції ІС = f(UС).

А.5.3.27 Рівняння п-МОН-транзнстора, який працює в тріодному (лі-

нійному) режимі, має вигляд ІС = k[(UС - Uпор) UС – U2С] при . Відповідні рівняння для режиму насичення:

ІСнас = k(UС- Uпор)2 при;

постійний коефіцієнт k = μnε0ε0K 2xZ L .

0K

Дати зображення вихідної характерники ІС = f(UС) для даного транзистора при UЗ= 2,3 і 4В. Відомо, що k = 1мА/В2; = 2В.

А.5.3.28 Маємо п-МОН-транзистор, який працює в режимі збагачення: а) визначити, чому дорівнює напруга UС, якщо затвор з'єднаний із стоком і крім того ІС ≈ 0; б) поясніть, чому при Uзс = 0 прилад насичений

незалежно від значення струму ІС .

А.5.3.29 Нарисуйте в одній системі координат залежності напруг пробою і замикання від глибини залягання р-п-переходів в структурі п- канального транзистора (рис. А.5.1).

А.5.3.30 Яка різниця значень питомої крутизни і часу прольоту каналу комплементарних транзисторів з однаковими розмірами в структурі

(рис. А.5.2)?

А.5.3.31 Які електричні параметри МДН-транзистора (див. рис. А.5.1) і як вони зміняться, якщо затвор легувати не донорами, а акцепторами?

А.5.3.32 Визначити розкид порогової напруги МДН-транзистора при

φмн = 0,8В, Ndk = 1017см-3, якщо товщина каналуd0= 0,2 мкм±10%.

А.5.3.33 Скільки фотошаблонів і для яких цілей необхідно при створенні МДН-транзистора (див. рис. 5.3)?

А.5.3.34 Які параметри найпростішого елемента ТТЛ (див. рис. А.5.7) і як вони змінюються при: а) підвищеній напрузі UЖ ; б) підвищенні температури; в) збільшенні опору R1 (при незмінних R2 і UЖ); г) заміні епітаксійно-планарних транзисторів на ізопланарні; д) вилученні в структурі багатоемітерного транзистора (див. рис. А.5.4) ділянки вузької пасивної бази або шару металізації, що розташовані посередині базової області; е) легування кристалу атомами золота?

А.5.3.35 Визначити: а) вхідні струми найпростішого елемента ТТЛ

(див. рис. 5.5) при UЖ = 2,5В, UБЕ = UКЕ = 0,7В, R1 = 2кОм, β11=0,05 при

213

Uвх=0,2В і Uвх=2,2В; б) як змінюються ці струми при підвищенні температури до 125◦С ( β11 = 0,07 ), якщо використовуються напів-

провідникові резистори на основі базового шару?

А.5.3.36 Для створення п-МОН-транзистора використана пластина кремнію р-типу з питомим опором 10Ом·см і орієнтацією (100). Області стоку і витоку утворені імплантацією атомів миш'яку з енергією 80кеВ і дозою 1016іонів/см2. Через оксидний шар товщиною 25нм імплантуються атоми бору з енергією 30кеВ і дозою Ф = 8·1011іонів/см2. Внаслідок цього біля межі поділу Si-SiO2 виникає шар негативних зарядів. Визначити розкид порогової напруги Uпор в даному приладі, якщо= 3,9. Припускається, що

при енергії 30кеВ RрRр = 34нм як для Si, так і для SiO2, значення функції erfc(1,56)= 0,06 . Вказівка: кількість іонів бору в кремнії визначається за

А.5.3.37 Визначити середню (статистичну) потужність, яка розсіюється

п-МОН-інвертором (див. рис. А.5.6). Параметри приладів: UЖ=+5В, Uпор1 = = +0,6В; Uпор2 = -2В; = 700 см2В-1с-1; С0 =7,08·10-8Ф/см2; b1/l1=4; b2/l2=1/3.

А.5.3.38 Просте електричне коло утворене паралельним з'єднанням транзисторів типу р-МОН; п-МОН: а) дати зображення відповідної принципової схеми; б) вважати, що обидва транзистори працюють в режимі

збагачення при UЖ = +5В, Uпор = 2В; k = 1мА/В2, подати в табличній формі зв'язок між струмом і напругою для такого кола, якщо напруга змінюється

від 0 до 15В.

А.5.3.39 Для КМОН-інвертора (див. рис. 5.7) знайти і графічно відобразити залежність між напругами на вході і на виході. Врахувати, що

UЗ = -17В; UЖ = -5В, Uпор.р = Uпор.п = 2В; k1 = 40k.

А.5.3.40 Маємо деякий прилад із зарядовим зв'язком: а) визначити поверхневий потенціал при UЗ=15В; Q=0; хок = 0,1мкм і =1015см-3;

б) знайти максимальний заряд, який може бути накопичений при умовах вказаних в п. а).

А.5.3.41 Відомо, що двофазний П33 створений на підкладці р-типу з орієнтацією (100), причому = 1016см-3; Q = 1010·е = 1,6·10-9Кл/см2. Затвор

з полікристалічного кремнію легований домішкою з концентрацією =1018см-3; і має товщину оксидного шару хок = 50нм. Затвор з алюмінію

має товщину оксидного шару хок = 100нм До однієї з доз подано імпульс напруги амплітудою 8В. Визначити: а) скачок напруги, який утворює потенціальну яму; б) максимальний накопичуваний заряд; в) мінімальний заряд, який ще можна визначити, якщо густина струму витоку, що обумовлений поверхневою генерацією складає 1нА/см2, а частота синхронізації – 2МГц.

214