Соклоф С. Аналоговые интегральные схемы (1988) (1095417), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Проводимость канала увеличивается, а следовательно, возрастает ток между истоком и стоком. Прн подаче отрицательного потенциала эффект оказывается противоположным. Электроны выталкиваются из канала, его проводимость уменьцлается, и ток стока тоже уменьшается. Напряжение затвора, при котором канал оказывается полностью обедненным, называется напряжением отсечгпл Яг или 1'аз ~огщ) по аналогии с полевым транзистором с рп-переходом.
МОГ!-транзисторы с обед. пением могут применяться в различных МОП-схемах в качестве активных нагрузок и диодов-стабилизаторов тока. На рнс. 2.30 показаны переходные характеристики, т. е. зависимости 1оа (1лаз) длЯ Различных типов полевых тРанзистоРов. Как видно, переходные характеристики МОП-транзисторов с обеднением очень похожи на характеристики полевых транзисторов с рп.переходом, с той лишь разницей, что первые могут работать при обеих полярностях смещения и потому могут иметь ток, пРевышающий ( зз. СледУет также обРатить внимание на Различие в графическом представлении МОП-транзисторов с обогащением и с обеднением.
В условном обозначении, принятом для транзисторов с обеднением, области истока и стока соединяются сплошной линией, которая соответствует встроенному каналу. для представления транзистора с обогащением использована штриховая линия, обозначающая канал, который появляется только при напряжении затвора, превышаощем пороговое напряжение. Графики, приведенные на рис. 2,30, показывают, что как приборы с ра-переходом, так и МОП-транзисторы имеют квадратич- Интегральные схемы ную переходную характеристику. Исключение составляет лишь МОП-транзистор с коротким каналом (! ( ! мкм), который имеев приблизительно линейную переходную характеристику. 2.
13. Комплементарные МОП-транзисторы Е!а рис. 2.3! показана пара комплементарных МОП-транзисторов (КМОП-пара). Пара состоит из л-канального и р-канального и-тоал р-жрп Истом 0атооор ртон д он 0атоорГтон 0 оаоонгна п.агапа Рис. 2,ЗК Ко1плементарные МОП-транаисторы (КМОП-пара), и-РГ00 Истон 0атрар0 Хттан 0ат3~~5пон 0хранното попалит норйажна и-поила Рнс, 2Л2, КМОП-транзисторы с окраиныьш кольцами.
МОП-транзисторов, размещенных на общей кремниевой подложке и-тнпа. На этой же подложке помещаются и другие КМОП-пары Изготовление и-МОП-транзистора начинается с создания глубокой р-области (так называемого р-кармана) путем диффузии бора при низкой поверхностной концентрации Затем с помощью диффузии фосфора формируются и'-области истока и стока.
Р-МОП-транзистор изготовляется по обычной техноло[ ии, На рис. 2.32 показана КМОП-структура, в которой и-МОП 0-МОГ!-приборы окружены отраннымц кольцами соответственно р'- и п'-типа Такие кольца позволяют исключить эффект 'защелкиваняя», который может возникать в результате переклю"енпя в паразиткой четырехслойной и'рддр+-структуре. На рис. 2.33 показана эквивалентная схема КМОП-пары и приведены выходные характеристики l„а (!' ) каждого из составляющих транзисторов (рнс.
2.33, а и б). На рис. 2.33, в показано Интеграл»наг схемм семейство суммарных характеристик КМОП-пары, построенных для различных значений входного напряжения путем совмещения индивидуальных характеристик и-канального н р-канального транзисторов. На рнс. 2.33, г представлена соответствующая передаточная характеристика КМОП-структуры. Рис. 2.34. Схема КМОП-иивертора. Когда входное напРЯжение )г>м соответствУет низкомУ логическому уровню (уровню логического нуля), и-канальный транзистор находится в закрытом состоянии, а р-канальный — в открытом.
Прп этом ныходное напряжение приближается к положительному напряжению питания )гоо, соответствующему высокому логическому уровню (уровню логической единицы). Когда +ось о Рис, 2,35. Передаточная характеристика КМОП.иивертора, +чав> У>и становится равным напряжению логической «)», и-канальный тРанзистор отпирается, а р-канальный запирается. Прн этом выходное напряжение снижается до потенциала земли, соответствующего уровню логического «0».
Таким образом, в любом нз двух описанных состояний один нз транзисторов КМОП-пары оказывается запертым, так что ток, текущий через комплементарную структуру, пренебрежимо мал. Если нагрузкой этой КМОП-схемы служит другая КМОП-пара нл>4 МОП-транзистор, потребление мощности в схеме будет про"сходнть только в моменты переключения. Малая мощность рас- 112 Глава 2 сеяния КМОП-приборов является их главным преимуществом, особенно когда речь идет о больших цифровых схемах.
Другое их преимущество — большой перепад логических уровней: ведь уровень логической «1» соответствует выходному напряжению, очень близкому к + )тои, а уровень логического «0» — выходному в«»« в«»е т ли Рис. 2.36. да!ОП-схема веи- тиля НŠ— И. напряжению, очень близкому к потенциалу земли илп к отрицательному напряжению питания — Кии. На рпс. 2.34 показана простейшая схема КМОП-инвертора, а на рис, 2,35 — передаточная характеристика этой схемы.
На рис. 2.36 приведена схема КМОП-вентиля НЕ-И, а на рис. 2.37— схема КМОП-вентиля ИЛИ-НЕ. ~ и«« т-я+в Рис. 2.37. КМОП-схема вен- тиля ИЛИ вЂ” НЕ. 2.13.1, КМ017-схемы типа «кремний-на-сапфире» (КМ0177 КОС-схемы), На рис. 2.38 показана гетероэпитаксиальная КМОП-структура. На тщательно отполированную монокристаллическую сапфировую подложку осаждается тонкий (толщиной ! мкм) эпитаксиальный слой монокристаллического кремния. Путем имплантации ионов фосфора и бора на поверхности крем- Иномгральные схемы „ня создаются участки п'- н р+-тяпа, а прн последующем отжнге пронсходнт диффузионная разгонка этнх примесей. Затем о по. мощью травления эпнтакснальный слой кремния разделяется на множество отдельных п- н р-канальных структур, после чего формнруется рисунок металлнзацнн, соединяющей этн структуры между собой.
Такая КМОП/КНС-схема представляет собой пример ИС с диэлектрической изоляцией. Изолнрующая подложка дает воз-огоа Ппон оаогооа гуслго» р-еязт Истин оалгооа ьглол оелиогаксиалоный слойб ь ( гном 'г Рнс. 2.38. КМОП-схема типа «кремния-иа.сапфирел (КМОГн'КНС), можность значительно уменьшать паразнтную емкость. В результате достигается очень высокое быстродейсгвне приборов н очень малая мощность рассеяния. Такие характеристики играют особенно важную роль, когда нужно создать ИС с очень высоким быстродействием н высокой плотностью упаковки. 2.!4.
Диоды в интегральных схемах Существует ряд дподных структур, совместимых с прп-транзпсторамн Это означает, что для изготовления таких диодов не требуется никаких дополнительных технологических операпнй помимо тех, которые используются в технологии прп-транзнсторов. На рнс. 2.39 показаны шесть основных днодных конфнгурас ш1й. Зде ь же приведены некоторые основные параметры днодных структур — последовательное сопротнвленне, прямое падение напряжения, напряжение пробоя н время накопления заряда.
Сопротнвленне растекання в базе гьь обычно составляет 100 Ом, а сопротивление коллектора г„30 Ом. Напря«кенне пРобои эмкттеР— база ВГаво лежит в пРеделах от 6 до 6 В, а напряжение пробоя коллектор †ба В1гспо обычно составляет — 50 В Как видно на рнс. 2.39, днодная конфигурация 4, для которой напряженке коллектор — база $'„„= О, имеет наименьшие после« довательное сопротнвленне н прямое падение напряжения, а также П4 Глава 2 самое малое время накопления. Малому значению времени пако. пления неосновных носителей заряда соответствует малое время переключения из состояния с прямым смещением в состояние с обратным смещением. Однако напряжение пробоя в этой конфи- Прямое падение напряжения лри токе 10 мД, мв Последо.
ватель. ное сопротиеле. ние Налряже ВРемя иие накопления, пробоя Го си О вр то -950 гыи /в= 0 гве +'сс' -950 м ви ззо !в=о (без змиттериойпа гам+ см. диффу. вии1 Вксво зо Р „.,З г„,гд 550 Вивво "'вв = 0 гев Гри+ -940 В 90 +г, Усз М О Гем -920 Влево т50 и Рис. 2.39. Диоды для иитегрвльиых схем. гурации ограничивается величиной В'гаво, т. е. не может пре» вьпаагь 6 — 8 В, Таким образом, данная диодная конфигурация является предпочтительной для всех прпменений, предусматривающих воздействие на диод обратных напряжений не более 6 В. В днодной схеме типа 4 (1~ов = 0) большую часть прямого тока диода 1и составляет ток коллектора !с, а ток базы !з равен частному от деления тока коллектора на коэффициент усиления по току р.
Таким образом, прямое падение напряжения в диоде, обусловленное базовым сопротивлением растекания гввь равно /вгм Ииаггральлмг гггям 4ггльр Рнс. 2.40. Эквивалентная схема интегрального лиска с конфигура. даиаяр иней, соответствующей условию 'г'сэ = О. нии 1е Сопротивления г„; и г ° изображены как внешние эле- менты, хотя на самом деле они находятся внутри транзисторной структуры. 2.14.1. Врелгя накопления заряда и диоды с барьероль Шатки. Скорость переключения диодов ограничивается лре>яенем обрат- нога восстановления, которое в свою очередь определяется временем накопления неосновных носителей. Когда рп-переход находится прн прямом смещении, электроны инжектируются из а- области в р-область, где они становятся неосновными носителями.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
