Щука А.А. Электроника (2005) (1152091), страница 53
Текст из файла (страница 53)
В Р"мках данного курса микроэлектроники будут рассматриваться интегральные транзисто н Рные структуры, применяемые в интегральных схемах различных типов. сьретные полупроводниковые приборы, включая транзисторы и тнристоры, в этом 4нск ху с урсс рассматриваться не будут. Часть //. Микроэлектроника гав З.2.
Интегральные униполярные (полевые) транзисторы Полевьси или укпполяркым транзистором называется транзистор, в котором управление происходит под действием электрического поля перпендикулярного току, Проводящий слой, по которому протекает ток, называется каналом, Различают р- и и-канальные транзисторы. Каналы могут быть приповсрхностными и объемными, гори. зонтальными и вертикальными. Е свою очередь приповерхностные каналы делятся на обогащенные или обедненные но сителями, либо инверсионные слои.
Их формирует внешнее электрическое поле. Обед. пенные каналы представляют собой участки олнородного полупроводника, отделенные от поверхности обедненным слоем. На рис. 3.! приведены схемы каналов в униполярных транзисторах. Транзисторы с при поверхностным каналом имеют структуру ээетолл — дл мектрпк полупроводник (МДП) Такие транзисторы принято называть МД//-элрокзвсторгээт. Если диэлектриком является диоксид кремния б!Оэ, то используется название МОП-трактсторы. Транзисторы с объемным каналом получили название полевых тракзисиюров.
б) Рис. ЗЛ. Каналы в ункполврных транзисторах. в — приповерхнсстный п-канап; б — сбьемный р-канал; ! — обедненный спой З.2.1. /йдП-транзисторы с индуцироаанным каналом Классическая структура интегрального МДП-транзистора приведена на рнс. 3.2. МДП- транзистор имеет три электрода: исвюк (И), сток (С) и зикыор (3). Исток и сток формиРуются методом диффузии или методом ионной имплантации. управляющим элелтродом является затвор — металлический электрод, перекрывающий канал между истоком и сто ком.
Иногда исток напрямую замыкают на электрод подложки (Пл). Если на электр'эдь' подан нулевой потенциал, то вблизи п -областей истока и стока имеются области объем ного заряда, возникающие за счет Разности работ выхода электронов из полупроводника кас Р~зличными типами электропроводности. Между истоком и стоком при /l„, = О существу ет большое сопротивление, эквивалентное сопротивлению двух встречно включеннь' ных диодов при нулевом смещении. Поэтому при подаче напряжения //„, во внешней цепи т ток балет мал. Если на затвор подать отрицательное напряжение, то прнповерхностиый ело слой обогатится дырками, что не измени~ тока во внешней цепи. Если на затвор подать полох<ительное напряжение П„> О, то под дейсгвием электрик иченика ского поля все основные носители (дырки) отожмутся полем в глубь полупроводнк (эффект поля).
Эффектом псы в полупроводниках называется изменение концентрации свободных ио сителсй заряда в прнповсрхпостном слое под лействнем внешнего электрического пол ' оля гав у Интегральные транзисторные структуры , ерпенлнкулярного каналу. Сначала образуется обедненный слой (объемный заряд акц епторов), куда устремляются неосновные носители — электроны. У самой поверхности, гр раницы раздела "полупроводник — диэлектрик", электроны образуют ппеерсяонкьш ся дсгг — проводящий канал.
Такой тип канала называется ггггдуг)ггровалггьгэг. Ток стока рез„о возрастает, и в дальнейшем зависит от напряжения ~/„,. Толщина индуцированного к знала обычно лежит в пределах ! — 2 нм. Напряжение на затворе, при котором образуетя канал и транзистор начинает работать, называется лорогоеыти и обозначается С н Рис. 3.2. Структура интегрального МДП-трвнзистора. И вЂ” исток, С вЂ” стах, 3 — затвор; Лл — подложка;М вЂ” металл, Л вЂ диэлектр; П вЂ” полупроводник.
точками обозначены электроны, а дырки — кружочками На рнс. З.З, а приведена стоково-затворная вольтамперная характеристика МДП-транзистора с индуцированным каналом. б) в) Рис. 3.3. Статические характеристики МДП-транзистора: б стсково-ззтеориая вольтзмпернзя характеристика МдП-транзистора с индуцироваиным каналом; — семейство передаточных стоковых характеристик Мдп-транзистора с индуцированным каналом П, Роговое напряжение Ьз определяется удельной емкостью затвор — канал, зонной диагра мной металл —.— лнэлелтрик — полупроводник. Практические значения полного поро"ово го напряжения лежат в пределах 0,5 — Д5 В. Часть И.
Микроэлектроника 250 Стоково-затворные характеристики транзистора зависят от режима его работы. При на, пряжении С)„, > 0 ток протекает по каналу, создавая распределение потенциала по длине ~анапа от истока к стоку. Разность потенциалов лзежду затвором и поверхностью в н правлении стока уменьшается, одновременно уменьшается напряженность поля в диэле. т ике и удельный заряд электронов в калме. Сечение канала в точке х = б у стока сужа. Р ется. При некотором напряжении на стоке разность потенциалов между затвором и поверх костью в точке х = б делается равным пороговому напряжению. Это критическое напр„. жение на стоке называется нипряэкенпетн писыщенпя П„,. Именно в этот момент образуез..
ся горзовнни кинаха -- слой объемного заряда, соприкасающийся с поверхностью, Ранее это слой был отделен от поверхности границы раздела "полупроводник — -диэлектрик поверхностным каналом. При образовании горловины канала ток в рабочей цепи не зази сит от напряжения на стоке и происходит процесс насыщения. На рис. З.З, б приведено семейство передаточных стоковых характеристик МДП-транзистора с индуцированным каналом, где в качестве параметра используется напряженна на затворе. В области пологих участков ВЛХ вводятся следующие мшюсигнш~ьные параметры транзистора: сэу, ~ С) крутизна — 5' = — '~п =- сопвг; Л/п,' '" Ыи,п ~ С) сопротивление — т =- — '" ~ = сопи; сД!„, С) коэффициент усиления — й = — '" ~, = сопи . сцо„, Все три параметра связаны между собой соотношением 3.2.2.
йлДП-транзисторы со встроенным каналом В МДП-транзисторе технологическим путем можно создать канал, соединяющий исток со стоком. Такой транзистор получил название — трапзнспгор си встроенаыж каналалп Структура транзистора со встроенным каналом приведена на рис. 3.4, а. На стоково-затворной характеристике(рис.3.4, б) видно, что при нулевом напряжении и на затворе по его каналу течет юк, н транзистор способен усиливать сигнач. При подаче че на затвор отрицательного напряя<ення ток в канале уменьшается вследствие действия отр три,, о при нательного поля затвора и при некотором напряжении ~~„„,.
Это объясняется тем, что "" ельне отрицательном напряжении на затворе канал обедняется носителями, и, следовател~ внымн ток стока уменьшается. При увеличении напряжения канал обогащается неосновш ,окв носителями, и ток увеличивается. Передаточная характеристика МдП-транзистора та имеет учасзок насыцгения (рис. 3.4, в), е сны На рнс. 3.5 обобщены рассмазриваемые типы МдП-транзисторных структур и привеЛ их условные обозначения. 257 я (г(нтвтральныв транзисторные структуры в) б) Рис. 3.4.
Структура МДП-транзистора со встроенным каналом (в), его стоково-затворная (б) и передаточная(е) е) вольтамперные характеристики б) в) в) г) Р"с З.б. Структуры и условные обозначения МДП-транзнсторов со встроенным каналом и-типв (в), р-тнпа (б), с нндуцнрованным каналом п-тнпа (е); р-типа (е) З и 3. Кемплементарные структуры Оочет четание транзисторных структур с каналами п- и р-типов представляют когнллегиелгла ориую сягрукюуру. В та таких структурах применяются транзисторы с индупированнылзи канщзами. Отличипнт ьнои особенностью ломплементарных структур является противоположная пог~ярность "тающих и управляющих напряжений (рис. 3.6). Часть )).
Микроэлектроника 252 а) б) Рис. 3.6. Комппементариые транзисторные структуры, изготовленные в кристалле попупроводника ~а), на диэлектрике (б) Такая кол~бинация транзисторов позволяет сочетать высокое быстродействие и предельно малое потребление энергии от источника питания. Один из транзисторов в зависимости от типа подложки создают в изолирующем кармане. Создаются также охранные области, позволяющие устранить утечки тока и паразитные связи между МДЛ-транзисторами, По надежности и популярности предпочтение отдается КМОП-транзисторам, которые реализованы на диэлектрической подложке, например, на сапфире. Это позволяет получать транзисторы без токов утечки, с отсутствием паразитных емкостных связей между областями транзистора и подложки. Такая технология позволяет повысить быстродействие транзисторов, создать на их основе радиационно стойкие интегральные схемы.
3.2.4. Транзистор с управляющим р — п-переходом Транзистор с уаравляюп)ин р -и-лврехадоч существенно отличается от транзистора с изолированным затвором и составляет отдельный тип транзисторных структур. Под металлическим электродом затвора, расположенным непосредственно на полупро волнике, сформирован р-слой. Между затвором и любым из двух других электродов су цгествует р — п-переход, Между истоком и стоком может протекать ток по каналу толщи ной гу, величина которого зависит от напряжения, приложенного к затвору. Между истоком и стоком прикладывается напряжение 0„, смещаюшее р — и-пере" од в запорном направлении (минус на затворе) (рис. 3.7). В таком случае под затвором возникает обедненный слой, имеющий высокое напряжеии ' Чем выше напряжение на затворе у, тем больше толщина обедненного слоя г), в катер ом .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
