Материал: МДП

Рис. 13. Структурная схема полевого транзистора с затвором Шотки.

ПТШ - транзисторы по принципу работы аналогичны полевым транзисторам с p-n затвором, а только роль управляющего p-n перехода выполняет переход Шотки. Напряжение перехода Шотки создает под затвором обедненный слой, ширину которого можно изменять Uзи. Для того, чтобы создать в МЕР транзисторе проводящий канал, следует к затвору подать положительное напряжение относительно потока. Это напряжение в свою очередь является прямым для перехода Шотки и уменьшает ширину обедненного слоя. Uзи можно увеличивать только до 0,7 В, так как при большем этого значения напряжение может создать для транзистора ток, который выведет транзистор из строя.

Отметим некоторые преимущества ПТШ по сравнению с биполярными транзисторами. Благодаря более простой и совершенной технологии изготовления ПТШ имеет меньший разброс электрических параметров. Ток в них течёт не через р-n-переходы, а между омическими контактами однородной среде канала. Благодаря этому ПТШ обладают более высокой линейностью передаточной характеристики, у них нет шумов токораспределения, а плотность тока может быть большой, следовательно, уровень их шумов меньше, отдаваемые мощности больше. Подвижность электронов в слабом поле арсенида галлия (GaAs), из которого изготавливают ПТШ, примерно в 2 раза выше, чем в кремнии (Sі), а вместо ёмкостей эмиттерного и коллекторного переходов у ПТШ имеется сравнительно малая ёмкость обратно смещенного затвора на барьере Шоттки, поэтому они могут работать на более высоких частотах до 90-120ГГц. Внутренняя обратная связь через паразитные ёмкости в ПТШ незначительна, усилители работают на них более устойчиво в широком диапазоне частот. Несмотря на то, что теплопроводность GaAs в 3 раза меньше, чем у Sі, биполярные транзисторы уступают ПТШ по коэффициенту шума уже на частотах выше 1 -1,5 ГГц.э

МОП ессли в кремниевом транзисторе в качестве диэлектрика – оксид кремния, то это моп

Работа МОП-транзистора Принцип действия прибора зависит от изменения в полупроводнике электрического поля, происходит

поляризация изолированного затвора. Такое действие вызвало название элемента, как « металлоокисный полупроводник». Он представляет собой прибор, в котором для изготовления затвора использовалась двуокись кремния SiO2, для современных МОП-транзисторов в качестве материала для затвора применяют поликристаллический кремний. Существует два типа МОП-транзисторов. Первые имеют дырочную проводимость – р-канальные. Транзисторы с электронной проводимостью называются n-канальными. Канал в этих полупроводниковых приборах может быть обедненным или наоборот обогащенным носителями.

Основные преимущества МОП-транзисторов Мгновенное переключение; Нет вторичного пробоя;

Безопасная работа характеризуется широкой областью; Высокий коэффициент усиления.

Более высокое входное сопротивление. Небольшое потребление электроэнергии.

При компоновке интегральных схем с использованием МОП-транзисторов задействуется относительно небольшое количество операций, чем с применением биполярных транзисторов.

ПТУП

1)Опишите основные элементы конструкции планарного МДП

Исток – источник носителей зарядов. Является аналогом эмиттера в биполярном приборе. Сток. Служит для приема носителей заряда от истока. Аналог коллектора биполярного транзистора.

Затвор. Выполняет функции управляющего электрода. Аналог в биполярном устройстве – база. Кремниевая подложка. В подложке n-типа в узлах кристаллической решетки кремния присутствуют отрицательно заряженные атомы и свободные электроны, что достигается введением специальных примесей.

Диэлектрик. Служит для изоляции кремниевой подложки от электрода затвора. В качестве диэлектрика используется оксид кремния.

МДП-транзистор имеет четыре электрода: исток, сток, затвор и подложку. Полупроводниковая область, от которой начи-

нается дрейф основных носителей, называется истоком; область,

в которой осуществляется дрейф основных носителей и амплитудная модуляция дрейфового тока– каналом, область, к которой под действием поля движутся (дрейфуют) основные носители - стоком; металлическая или полупроводниковая область, используемая для сознания модуляции дрейфового тока – затвором. Подложка является конструктивной основой МДПтранзистора.

Области истока и стока одного типа электропроводности формируют на некотором расстоянии lk друг от друга локальной диффузией или ионным легированием. Они самоизолированы друг от другар-n-переходами. Между ними поверх слоя диэлектрика расположен затвор, выполненный из проводящего материала.

Принцип действия МДП-транзистора основан на эффекте модуляции электропроводности поверхностного материала, расположенного между истоком и стоком. Этот эффект вызывают наложением поперечного электрического поля в пространстве между проводящим затвором и полупроводниковым материалом (подложкой) за счет напряжения, подаваемого на затвор. Тип электропроводности канала обязательно совпадает с типом электропроводности областей истока и стока. Так как тип электропроводности истока, стока и канала противоположен типу электропроводности подложки, то сток, исток и канал образуют

сподложкой р-n-переход. (Принцип действия МДП-транзисторов основан на эффекте изменения проводимости приповерхностного слоя полупроводника на границе с диэлектриком под воздействием поперечного электрического поля. Приповерхностный слой полупроводника является токопроводящим каналом этих транзисторов. МДП-транзисторы выполняют двух типов

–со встроенным и с индуцированным каналом.)

Взависимости от типа основных носителей тока в канале различают n-канальные и р- канальные МДП-транзисторы. По конструктивно-технологическому исполнению МДПтранзисторы подразделяют на две разновидности: со встроенным и индуцированным каналами. Встроенный канал предусмотрен конструктивно и создается на этапе производства транзистора легированием приповерхностной области между истоком и стоком.

2) В чем состоят основные этапы изготовление планарного МДПТ

Технология изготовления МДП-структур

Технология изготовления МДП ИС значительно проще технологии изготовления биполярных интегральных схем. Так, число основных технологических операций примерно на 30 % меньше, чем при изготовлении и биполярных ИС.

Наибольший практический интерес представляет изопланарная технология изготовления МДПструктур, особенностью которой является изоляция МДП-структур толстым слоем оксида кремния. Применение этой технологии позволяет совместно формировать на одной подложке как биполярные, так и МДП-структуры. Процесс поэтапного формирования МДП-структуры представлен на рис. 1.16:

а) на поверхности кремниевой подложки р-типа формируют маску из нитрида кремния, через отверстия в которой внедряют ионы бора, в результате чего формируются противоканальные р+- области; б) окислением через маску создают разделительные слои диоксида кремния, после чего удаляют

слой нитрида кремния, затем ионным легированием бора создают слой с повышенной концентрацией акцепторов, который необходим для снижения порогового напряжения; в) формируют тонкий подзатворный слой диоксида кремния и наносят на него слой поликремния (затвор);

г) ионным легированием мышьяка формируют n+-области истока и стока;

д) химическим паровым осаждением наносят слой диоксида кремния, формируют в нем окна, напыляют пленку алюминия и методом фотолитографии создают рисунок металлических проводников.

Технология изготовления МДП-транзисторов во многом схожа с технологией биполярных ИМС и отличается меньшим количеством технологических операций. Наиболее ответственным

этапом изготовления МДП-ИМС является создание диэлектрического слояпод затвором. Этот слой имеет довольно большой положительный объемный заряд, который необходимо стабилизировать в процессе изготовления и учитывать при проектировании.

Существует много разновидностей технологического процесса изготовления МДПтранзисторов. Наиболее прогрессивной является изопланарная технология формирования МДПтранзисторов с поликремневым затвором.

1.На подложке p-типа формируют маску из нитрида кремния и ионным внедрениембора создают противоканальные области-типа (рис. 87, а).

2.Окислением через маску создают разделительные слои(рис. 87, б).

3.Удаляют слойи создают тонкий подзатворный слойтолщиной 0,1 мкм (рис.

87, в).

4.Наносят слой поликремния толщиной 0,5 мкм и с помощью фотолитографии формируют рисунок затвора и поликремневых проводников.

5.Ионным легированием мышьяка формируют-области истока и стока (рис. 87, г).

6.Химическим паровым осаждением наносят на всю поверхность слой.

7.С помощью фотолитографии в слоесоздают контактные окна.

8.Вакуумным испарением наносят сплошную алюминиевую пленку.

9. С помощью последней фотолитографии получают необходимый рисунок металлической разводки.

В результате всех этих операций получают структуру, показанную на рис. 87, д.

Топология структуры была показана выше (см. рис. 75).

Рис. 87. Структура ИМС, изготовляемых по технологии изготовления МДП-транзисторов

Устройство мпд транзистора р типа!:

В кремнии электронного типа проводимости создают две области дырочного типа. Плотность дырок в этих областях значительно больше чем плотность свободных электронов в кремнии n-типа об этом говорит значок p плюс на структуру. На структуру наносится диэлектрик толщиной 1-1,5 мкм, поверхность между дырочными областями покрывается более тонким слоем. Для устойчивой работы транзистора тонкий слой диэлектрика должен заходить на эти

области. В толстом слое диэлектрика делают окна .В окна напыляется металл для создания контактов одновременно наносится металл и на область тонкого диэлектрика. Получается структура МПД. Одну из дырочной областей называют исток другую сток, металлический электрод над тонким диэлектриком затвор.

Зона между дырочными областями канал. А полупроводник в котором создается структура – подложка. ЭДМЕНТЫ ТРАНЗИСТОРА МДП.

3) Что такое пороговое напряжение и от чего оно зависит.

Пороговое напряжениенапряжение при котором возникает сильная инверсия !!!

Пороговым напряжением МОП-транзистора называется такое напряжение на затворе относительно истока, при котором поверхностный потенциал под затвором достигает величины удвоенного потенциала Ферми (рис. 2). При этом концентрация не основных носителей в канале становится равной концентрации легирующей примеси

Пороговое напряжение МДП-транзистора с индуцированным каналом - это такое напряжение на затворе относительно истока, при котором в канале появляется заметный ток стока и выполняется условие начала сильной инверсии, т.е. поверхностная концентрация неосновных носителей заряда в полупроводнике под затвором становится равной концентрации примесей

(Неосновные носители заряда - в полупроводниках - носители заряда, концентрация которых не определяет тип проводимости.)

4) Особенности ВАХ характеристики. Как объяснить наличие насыщение тока стока на ВАХ.

Как видно из графиков, на характеристиках МДП-транзистора можно выделить две области: участок крутого нарастания тока стока Ic с увеличением напряжения Uс и пологий участок, на котором Ic меняется незначительно. Переход с одного участка выходной ВАХ на другой происходит при достижении граничного значения напряжения стока (происходит перекрытие