Коледов Л.А. - Технология ИС (1086443), страница 25
Текст из файла (страница 25)
Транзисторы формируются в изоли ованных друг от друга островках, что позволяе у р т меньшить и акпа азитные межэлементные связи через подложку. ис. 3.21) и оводится Д фф зия для формирования истока и стока (рис.. ) р пол чать вена всю глу ину б у эпитаксиального слоя, что позволяет . у ри с малыми емкостями. тикальные р-и переходы малой площади с малыми МДП-ст кт ы на диэлектрическо7! подложке обладают существенно более высоким быстродействием по сравнени -структуры н ю с аналогичными структурами на кремни Г евой подложке и позволяют, кроме того, МД ' ДП БИС.
несколько сэкономить площадь при создании Д 3.5. КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ВАРИАНТЫ ИСПОЛНЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ КМДП-БИС Из всех возможных схем инверторов схема на транзисторах с разными типами проводимости обладае д щ т вы аю имися свойствами и с развитием конструктивно-технологи , огических способов ее изготовлея соз ания оИ и оИС вигается на первый план как основа дл д ния выд овых и аналоговых уст- СБИС сложных полупроводниковых цифровых е ы ( ис. 3.22, а) называют схемами с взаимодополройств. Такие схемы (рис.
МДП). 1!одложки няющими ми (комплементарными) транзисторами (К Д ) , чт п е отв а- каждого из тра нзисторов соединены с их истоками, о р д ре -и переходов. Затворы транзисторов объединен ы. шает открывание р-п пер овень кото ого На них подается управляющий входной сигнал, уровен р (7о, 0 (7! (7 . Выходной сигнал снимается с изменяется от вь и вх и п объединенных стоков транзисторов.
ионн оваине КМДП-инвертора. Характерной особенностью фунициониФункционироваине яжение правлиет не КМДП-ннвертора является то, что входное наври у р ровання -ниве ком овне напряжения только ключевым, но и нагрузочным транзистором. При низко ур на входе (логический О) открыт р- -МДП.транзистор, л-МДП-транзистор закрыт и на выходе имеет место выса и" у кий уронень напряжения (логическая !), близкий к ()кпи Прн высоном наиряжении на входе открыт напряжению источника питания п-МДП-транзистор, а р-МДП закрыт и выходное напряжение является низкпч Таким образом, КМДП-ячейка (рис.
3.22, а) работает как инвертор, в котором р-МДП-транзистор играет роль переменной нагрузки. Запирание одного транзистора связано с отпиранием другого, и наоборот. Такая работа транзистора в КМЛ11. инверторе связана с тем, что в схеме всегда выполняется условие 0 „ + 1/ эи. энг = =О., и уменыцение О/г/ одного транзистора приводит к увеличению 0эи /груго~о РаСсмотрич в упрощенном виде передаточную характеристику (зависимость О,, от О..) (рис. 3 22, б) инвертора: параметры транзисторов будем считать оди. иаковыми, а токи утечки пренебрежимо малымн При общеч условии )0ор)+)0е 1< <)0,„,)<)0.р), где 0.р — напряжение пробоя перехода сток — подложка а-каналь- ( ного транзистора, работа инвертора осуществляется следующим образом.
При ~ О "0,.<0е активнын транзистор л-типа закрыт, нагрузочный транзистор р-типа открыт и выходное напряжение 0„,.=0„„=0' (рис. 322) При увеличении 1/„ от 0е. до 0.р-0ег происходит плавное запнрание Р-транзистора, отпирание птранзистора и уменьшение напряжения на выходе О., При О.,= 0„,„ — 1/, нагруер эочный транзистор )/Т2 закрыт и 0,„,=0=0' Как мы видим, и в состоянии логического нуля и в состоинии логической единицы один из транзисторов находится в закрытом состоянии и ток от источника питания отсутствует. Потребление энергии происходит только в момент переклигчення инвертора из одного состояния в другое и расходуется на перезарядку емкости нагрузки. При этом рассеиваемая мощность пропорциональна частоте переключения й емкости нагрузки С„ и квадрату напряжения источника питания: Р= ! = — (С.0г„Отсюда естественно вытекает, что самым эффективным средством снижения рассеиваемой ннвертором мощности является уменьшение напряжения нс.
точннка питания, на величину которого, как это видно из предыдущего рассмотрения, накладываются ограничения: 1/о <О„„, 0ар<0.„, 0ю.+0ер)0.. Минимальные значения пороговых напряжений, как это следует из уравнений (3 Ва, 3.8б), определиются возможностями технологии изготовления КМДП-инвертора, а также тот же, пустнмымн уровнями помех (рис. 3.2, б).
Напряжение источника питания обычно лежит в интервале З,О.. 12 В. Эти данные говорят также о том, что КМДП-инвертор малочувствителен к достаточно большим колебаниям напряжении источннкв питания. Преимущества, недостатки, перспективы использования КМДП- структур. Главное преимушество — минимальное энергопотребле-;1 ние, благодаря чему вначале основной областью применения КМДП- микросхем было создание интегральных устройств с батарейным питанием (для наручных часов, микрокалькуляторов и др.). Новые области применения открываются перед КМДП-схемами не только благодаря их малому энергопотреблению, но и в не меньшей степени из-за их повышенной помехоустойчивости и обусловленной этим возможности работать при предельных температурах и в широком диапазоне температур.
Имеются данные, что именно КМДП-микросхемы могут уверенно работать в температурном интервале --60...+125 'С и при более высоких температурах. 108 Еше одно преимушество КМДП-микросхем — широкий диапазон напряжений питания (см, табл. 1.2). Их способность работать при напряжениях питания от 3 до 15 В означает принципиально более высокую независимость от флуктуаций напряжения источника питания, шумов, колебаний температуры. Высокая помехоустойчивость КМДП объясняется тем, что ее передаточная характеристика имеет очень крутой перепад.
Благодаря исключительно малому потреблению энергии в режиме хранения информации КМДП-технология является привлекательной для создания БИС памяти, так как в большинстве систем памяти их элементы в основном работают в режиме пассивного хранения, а не в режиме обращения, и поэтому малое потребление мощности статическом режиме, свойственное КМДП-схемам, может обесв ст .И я п ечить значительное снижение затрат на источники питания. И хот у КМДП-микросхем плотность упаковки (сравни рис.
3.14 и 3.23) и быстродействие не достигли еше того уровня, что и в МДП-микросхемах на и-канальных транзисторах, по полной рассеиваемой мощности с ними могут соперничать очень немногие другие типы микросхем (рис. 3.24), а других подобных им приборов с автоматическим снижением потребляемой мощности при переходе в статический (хранение логического О или 1) режим работы вообше не существует. Структуры КМДП не лишены недостатков. К их числу относится сравнительно низкое быстродействие (см.
табл. 1.2), обусловленное малой скоростью переключения р-МДП-транзисторов из-за низкой подвижности дырок. Для повышения быстродействия ширину р-каналов необходимо увеличить в 1,5...2 раза по сравнению с шириной п-каналов, если длина каналов обоих типов выполнена минималь . у льной. Другой недостаток — большая площадь кристалла, занимаемая КМДП-элементом (рис. 3.23). В тех случаях, когда мож но обойтись невысоким быстродействием, ширину р-каналов лучше выбрать такой же, как у и-каналов (один и тот же проектный размер), чтобы не увеличивать без необходимости и без того большую площадь КМДП-ячейки (см. рис. 1.21, б).
К отрицательным свойствам КМДП-структур относится изменение (сдвиг) передаточной характеристики элемента со многими вхо ами с изменением числа входов, на которых сигнал изменяется одновременно. Это связано с изменением сопротивления цепочк и р-МДП-транзисторов (см. рис. 1.21). Если в цепочке изменится сигнал только на входе 1, ее сопротивление будет вдвое больше, чем при его одновременном изменении на входах ! и 2, и втрое больше при изменении сигнала одновременно на трех входах. Это ограничивает допустимое число входов КМДП. Если источник питания обладает хорошей стабильностью напряжения и помехоустойчивость схемы не вызывает беспокойства, то число входов в КМДП-ячейке может быть больше обычно принятого значения, равного четырем. ~я пюиц)вп) Истам (земля) и ипипяьньги' р- исиспьиыи бу м' й „и' тб.
ф ч /0 Ф~ рб. ь чм тб $ % бг 4 го йг Рис. 3.24. Зависимость потребляемой мощности от скорости переключения для различных конструктивно-технологических вариантов кузык ВИС (в расчете на один логический злемеит), выполненных с 5- микронными проектными нормами и раба- тающих при напряжении питания 5 В 40'е ю' где бисрссть переипгереиаяг с ПО Рис. 3.23. Конструкция К)МДП-инвертора с а,гнгминневымн затворамн (а) н его топология (б)г à — мн ннй, р — отркнноо колько р-ка ального р нз г ора, Ь вЂ” о ранк о «олька л.кан . но о транзнгтор» а в р-карнак л-канального транзистора; штрнконой лннной ноназана область тонко о окисла ) Одним из недостатков КМЛП-микросхем, выполненных по тра:; ионной технологии (см, рис.
3.23), является вероятность зашелкивания: вследствие своей близости друг к другу р- и и-канальи альные при боры вместе могут образовывать сквозные р-и-у-и- или и-р-п-рструктуры, которые ведут себя как кремниевые управляемые в пры ямители (тиристоры), т. е. зашелкиваюшиеся приборы, которые обычно срабатывают от бросков тока во входной или выходной цепи. Этот бросок тока попадает в базу и-р-и- или р-п-р-прибора, а раз открывшись, паразитная р-и-р-п-структура остается в этом состоянии вплоть до выключения питания. Решение проблемы защелкивания КМЛП-микросхем — в создании изолирующих карманов для каждого типа транзисторов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
