Щука А.А. Электроника (2005) (1152091), страница 54
Текст из файла (страница 54)
нию ток не течет. Таким образом, увеличение напряжения на затворе соответствует сужали яжсканала, что вызывает уменьшение тока в канале. При дальнейшем увеличении напряж ння Гу„возможно полное перекрытие токопроволящего канала. Это напряжение назыв ~ва. ется аалряоетщвч отсечка. Аналогично работает и полевой транзистор с затварат в вкгде барьера дуотткп (П '~ ' ТВ)) ь!к Эти приборы стали активно разрабатываться с момента выявления полупроводникояь' гбЗ 3 Интегральные транзисторные структуры Рис. 3.7. Схема транзистора с управляющим р-и-переходом сравнительные характеристики электрофизических параметров кремния и арсенида галлия приведены в табл. 3.!. Хорошо видно, что по ряду параметров арсенид галлия превосходит кремний.
По таким параметрам, как плотность поверхностных состояний и подвижность дырок, он проигрывает. Они имеют высокое и низкое значения, соответственно, что затрудняет разработку как высококачественных МДП-транзисторов, так и биполярных транзисторов. Наиболее оптимальным активным элементом на основе арсенида галлия является полевой транзистор с затвором в виде барьера Шозтки (ПТШ) нли, как его еще называют, с управляющим переходом "металл — полупроводник" — МЕГ!-транзистор. МЕП-транзистор формируется на подложке из нелегированного арсенида галлия, имеющую слабо выраженную проводимость р-типа.
Таблица 3.1 Электрофизнческие параметры Подвижность, см'!(13хс) СяАя (О 8. 1,3)х1 0' 350 (д — 5)х10 250 электронов дырок (при концентрации доноров !О см ) корость насыщения в силыюм электрическом поле, см!с 2х(0 О,В 10 !я акснмвльное удельное сопротивление неве еяегированного материала, Омхсм 10 — 1О !! с, Рсмя жизни иеосновпых носителей, с Пвогность поверхносшмх состояний в МПП-сзруктуре. см Око~ кономика производсзва Мего о 'анные одом ионного легирования кремниелп серой или селевом формируют сильиолегироЫе области истока (Л) и стока (С') п'-типа„а затем напыляют сплав Т1-%. Остальная Р юсть покРываетсЯ дизлектРньом, напРимсР бйОь Металлический электРод затвоРа поде „, э)эаз П "азует с каналом барьер ((!пятки, типичная равновесная высота которого равна 0.8 В, Рево водящий канал расположен между истоком и стоком и ограничен сверху обедненной эютв арсенида галлия. Его преимушество по сравнению с кремнием заключается, прес всего, в более высокой подвижности электронов в слабых электрических полях и коростью насыщения в сильных полях.
Для арсенида галлия характерна большая ширина за япрещенной зоны и, следовательно, более высокое сопротивление нелегирован ного мариала. Это обстоятельство позволяет создавать полуизолируюшие подложки для интегральных схем. Часть П.Микроэлектроника ооластью толщиной 1.,„,. При изменении положительного напряжении на затворе П„, то . щина проводяцгего канала изменяется следующим образом г(г((1,~) = г(о 1 (('» ).
Одновременно меняется проводилюсть и ток стока 1,. Г(ороговое напряжение соответствует моменту, когда граница обедненного слоя достига ет подложки н канал перекрывается (рис. 3.8, б, кривая 1, 3). Если пороговое напряжение отрицательно, то при (.г„, = О канал является проводящим, и транзистор называют цо Р- згщгг,но оглкрыглыи (рис. 3.8, б, кривая 1).
Эта ситуация аналогична поведению МДП транзистора со встроенным каналом. а) б) Рис. 3.8. структура арсеннд-галпневсго птш-транзистора (а] и его Вдх (б), Ь„ — обедненная областы К в напал Если пороговое напряжение (1ь > О, то канал перекрыт обедненным слоем и транзистоР называется лорглпльно закрыигызб что аналогично МдП-транзистору с индуцированн™ каналом. При больших положительных напряжениях на затворе в его цепи может возни" путь паразитный ток 1, (рис.
3.8, б, кривая 3). Это обусловлено открытием перехода талл — полупроводник". Поэтому ток стока ограничивается значением 1, „,,„,. 3.2.5. Полевой транзистор на гетероструктурах ,." ктже Гегггеросглруктурьг представляют собой комбинации различных гетеропереходов.
а" У Бухгя говорилось, гетеропереход представляет собой полупроводниковый переход между дв ' каьги Разноролнылэи по химическому составу или фазовому состоянию полупроводник Гетеропереходы формируются в объеме одного полупроводника. - идо. Аггпзоггггшньгя переходы предусматривают контакт полупроводников с электронной "" норным типами проводимости. Иэоьчнплые перехолы возникают при контакте полуг Р водников с олины типом проводимости. 255 5 Интегральные транзисторные структуры г,а границе гетероперехода происходит скачкообразное изменение таких свойств, как: 1э ширина запрещенной зоны; г1 подвижность носителей заряда; г3 эффективная масса носителей; 13 энергия сродства к электрону и др.
Энергетическая диаграмма гетеропереходов характеризуется скачками энергии в зонах „оводимости и валентной зоне. Высота потенциальных барьеров в них различна. В част„сти, в таких структурах возможно получение односторонней инжекции носителей заря ча. 11» рис. 3.9 приведена ванная диаграмма гетероперехода между арсенидом галлия и арсеиидом галлия алюминия ГзаАз — А1,Г~ „Аз. Величина к характеризует содержание алюминия, и с ростом.х увеличивается ширина запрещенной зоны данного твердого раствора. для типичного значения х — 0,3 ширина запрещенной зоны твердого раствора А1ззСаз Аз равна 1,8 эВ. у границы раздела двух полупроводников в зоне проводимости образуется квантовый колодец или зона даужераово электронного газа ДЭГ).
1 Рис. З.В. Званая диаграмма Оалз — Айба, „Аз гетероперехода со слоем двумерного электронного газа умерный электронный газ или 2Р-газ представляет собой систему электронов, энерге4ауме тичес вские состояния которых соответствуют свободному движению только вдоль определен иной плоскости. Важи ным свойством двумерного электронного газа является то, что возможно регулирование в " широких пределах плотности электронов под воздействием поперечного электрического о поля.
Электроны в ДЭГ ичекзт повышенную эффективную концентрацию и под- И]кность Часть )). Микроалекгроник На основе таких гетеросгруктур изготовляются гетероглравзпсторы (рис. 3.10). Его кон струьция много ойна Между ме. лическим затворе и легированным слоем на основе д1азбак,Аз формируется управляюший переход "металл — полупроводник". Обедненн „ область этого перехода располагается в слоях арсенида галлия алюминия. Различа1 нормально открытый (рис. 3.10, а) и нормально закрытый транзистор (рис. 3.10, б) Пр,„ (о„с 0 в слое нелегироваиного арсенида галлия на границе с гетеропереходом в облает„ ДЭГ формируется каны нормально открытого транзистора. На рис.
3.10, а эта облает, ограничена штриховой линией в) б) Рис. ЗЛО, Транзистор нв гетвроструктуре: в — нормально открытый транзистор, б — нормально закрытый транзистор; в в ВАХ нормальна открытого(1) и нормально закрытого (2) транзисторов в) Под действием управляющего напряжения 1(„изменяется толщина обедненной облвсг асти перехода "металл †полупроводн", концентрация электронов в области дЭГ и ток сто,' ка. Электроны в ДЭГ поступают из истока. При отрицательном напряжении "затвор — исто — сток величина которого равна лоро~оному значению, обедненная область расширяетс~ я нв- В пвстолько, что перекрывает поток электронов, и ток стока становится равным нулю.
сгвие раллельно закрытом транзисторе при ()„,= 0 проводящий канал отсутствует вследсг б встаю того, что область ДЭГ двумерного электронно~о газа перекрыта объединенной облает лоро управляющего перехода. При подаче напряжения (),, > О, величина которого равна и р то ее говому значению, обедненная область управляющего перехода сужается настолько, чт нижняя ~раница попадает в область ДЭГ. ого () На рис. 3.10, в приведены стоково-затворные характеристики нормального открьпог ,лыз и нормального закрытого (2) транзисторов.
Большое значение крутизны для нормя- к57 5 Интегральные транзисторные структуры заь , крытого транзистора обусловлено меныпей толщиной легированного донорами ОаА!Аз. о от тип транзисторов перспективен для использования в СВЧ-микросхемах. З.2.6. Ч-МДП-транзисторы Рассмотренные выше структуры имеют планарную конструкцию, ток носителей в котор,х переносится в горизонтальном направлении. )рснзисторы пиша )г-МДП относятся к типу транзисторов с вертикальным токоперено„.
ь, — от расположенного а подложке истока к верхнему стоку. этот тип транзисторов изготовляезся путем селекгивного травления в исходной структу,р кремния к'-образных канавок)рнс. 3.11). зг.1ь)Д11-структура валяется весьма компактной. Истоковая область играет роль шины земли и не требует дополнительной плошади кристалла для заземления. рис. 3.11. Структура Ч-мдтьтранэистора, 1 — облает~ канала, 2 — область дрейфа электронов Проводящий канал образуется в р-слое и его длина определяется микронными размерами, а ширина всем периметром зт-образного углубления.
Большая ширина канала позволвет получить транзисторы с большим током и большим усилением. Область объемного пространственного заряда (О1'13) позволяет увеличить пробивное напряжение транзистора и снизить значение паразитной емкости "затвор--сток". Трехмерность кг-МдЛ-транзистоРов является большим плюсом при создании объемных интегральных схем с высокой плотностью упаковки на кристалле.
3 3. Интегральный биполярный транзистор З 3 1. Эпитаксиапьно-планарный транзистор Бвп полярный л~ранзисоюр — электронный прибор с тремя чередующимися полупроводников овыми областями электронного (и) или дырочного гр) типа проводимости, в котором и о Ротекание тока обусловлено носителями заряда обоих знаков. Во ~сионе работы биполярного транзистора лежат физические явления диффузии вследствие е градиента концентрации и дрейфа носителей вследствие градиента электрического поте отеициала.
Полный ток носителей состоит из диффузионной и дрейфовой составляющих Р Различают биполярные транзисторы р — и- р- и и — р — п-типов. Кла лассическая конструкция биполярного транзистора, используемая в интегральных схемах ах выполняется по эпитаксиальио-планарной технологии. Это означает, что транзистор Часть П. Микроэлектрони, 288 выполняется в эпитаьсиальном слое толщиной )гэп, а выводы от эмиттерной, базовой и «оллекторных областей расположены в одной плоскости на поверхности подложки. Така„ технология позволяет производить транзисторные структуры с высоким процентом выхо да годных, а планарность выводов позволяет создать автоматизированную систему ко, .
мутации транзистора с другими элементами микросхемы — пленочными металлическим, проводниками. Одним из важных требований, предъявляемым к технологии изготовления транзисторных структур, является минимизация занимаемой гпашади, что позволяет повысить плотное,. упаковки элементов интеграчьной схемы и способствуст повышению степени интеграции на пластине. На рис. 3.12 приведена классическая структура эпитаксиально-планарного транзистора с изоляцией р — и-переходом (а) и его топология (б). Транзистор выполнен на высокоомной подложке р-типа.
Методами диффузии примесей через маску получены скрытый слой (СС), п-, р- и п -области. Глубина залегания эмиттерного перехода составляет 1,5 — 2,0 мм. В данной конструкции транзистора используется изоляция р — п-переходами: сбоку изолирующими областями, а снизу — скрытым слоем. 11едостатком изоляции р — и-переходами является наличие барьерной емкости, которая снижает граничную частоту и увеличивает задержку переключения сигнала.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
