Щука А.А. Электроника (2005) (1152091), страница 56
Текст из файла (страница 56)
~арактеристики транзистора зависят оз. частоты сигнала, структуры транзистора и нали- чия в ней паразитных элементов. ,Т Ранзисторы и — р — п-типа имеют более высокую предельную частоту, чем р — и — р-тран' зисторы, Ти личные параметры интегральных и — р — и-транзисторов для иитегразьных схем приве- дены в табл. 3.2. Часть!!. Микроэлектроника Таблица 3.2 ! Температурный Допуск коэффициент 'С ' Номинал Парамет.р ь5х(0 ' Коэффициент усиления В 100 †2 а20 Предельная частота Г„МГ'ц 200 †5 Каялекторпая емкость С.., пФ 0.3 — 0,5 а(0 Пробивное напряжение (ьг„„ В 40 — 50 з30 Пробивное напряжение Гг„„„В г(2--.6)х(0 ' З.3.5.
ййногоэмиттерные и многоколлекторные транзисторы б) а) г) в) Рнс. З.ЗВ. Многозмигтерный транзистор (е) и его условное обозначение (б) многоколлекгорный транзистор (в) и его условное обозначение (г) !иггогоэмилитрггьге транзисторы (МЭТ) широко используются в микросхемах. Число эмиттеров в них достигает от 3 до 3, н МЭТ можно рассматривать как совокупность трап. зисторов с общей базой и коллекторами (рис. 3.16, а). Для подавления ггаразитных транзистороа п — р — п -типа расстояния между соседними эмнттерами лолжны быть больше диффузионной длины носителей в базовом слое (=1О мкм). йбногоколлекьчорльш биполлрный лгранзисшор (МКТ) представлен на рис. 3.1б, е.
Он представляет собой МЭТ, работающий в инверсном режиме, Общим эмиттером служит общий эпитаксиатьныьй слой, а коллектором является сильно легированные небольшие области п . При конструировании МКТ основное внимание уделяется обеспечению высокого коэффициента передачи тока от общего змнттера к каждому из и -коллекторов. Поэтому скрытый слой максимально приближают к базовому слою, а и -области располагают близко друг к другу. Транзисторы этого типа широко применяются в интегральных схемах ИТЛ, ТТ)! и ТТЛШ-логики. 3 Интегральные транзисторные структуры 3,3.6. Транзисторные структуры интегрально-инжекционной логики ()оявление весьма эффективной интегрально-инжекционной логики (И>Л) способствовало разработке биполярного транзистора со встроенным инжектором (рис. 3.!7, а).
Транзисторы логики состоя~ из горизонтального транзистора Т, р — и — р-типа, выполняющего функции генератора тока, и вертикального транзистора тока Т; и — р — п-типа, выполняющего функщш инвертора. а) б) Рис. З.>7. структура биполярного транзистора дпя и'л (е) и схема его вкпк>чения (б) Оба транзистора реализованы в одном кристалле так, что базовая область транзистора Т, с эмнтгерной областью транзистора Т,, а коллекгорная область Т, совмещается с базовой областью Т, . Эмитгерная область Т, называется инжектором носителей н подключается к источнику питания, Транзистор 'I; может быть многоэмиттерным, а ~ранзис~ор Т, всегда является многоколлекторным, электроды которого являются логическими выходамн. Транзисторы такой конструкции обладают малыми паразитными емкостями, отсутствием процесса накопления зарядов в базовой области, неболыпим перепадом уровней сигналоа.
Это обуславливает высокое быстродействие транзисторной структуры. Интегральные схемы на транзисторах И Л типа отличаются высокой степе><ью интеграции и низким Уровнем потребляемой мощное~и. 3.3.7. Транзистор с барьером Шоттки Обычный биполярный транзистор при работе в активном режиме имев~ тенденцию насыщаться носптелямн в районе базовой области. Избавиться от такого эффекта позволяет "ключение в структуру транзистора диода. Это позволяет шунтировать базовую и коллекторную область транзистора и предотвратить процесс насыщения носителями базовой области ~!а Рис.
3.18, а приведена схема включения диода Шотткн, который представляет собой >'есколько рас>пиренный электрод базы, перекрывающий частично область коллектора. акис транзисторы отличаются высоким быстродействием вследствие создания постоян"ой ненасыщенной с~руктуры. Работа транзисторов Шоттки в ненасыщенном режиме л Риводит к увеличению паления напряжения на переходе "база — -эмиттер". Это позволяет Уменьшить ток потребления в статическом режиме и, соо~ве~ственно, потребляемую мощность.
Ранзисторы с диодом Шотгки широко используются при конструировании интеграль- ных лоп>ческих схем (ТТЛШ) с высоким быстродействием. Часть!/. Микроэлектроника а! бз Рис. Зл В. структура транзистора с диодом шоттки (а] и вго условное обозначение (б) 3.4. Перспективные транзисторные структуры Основная тенденция развития микроэлектроники заключается в непрерывном росте сзепени интеграции элементов на кристалле. В соответствии с этой тенденцией уменьшаются линейные размеры транзисторных структур и, соответственно, увеличивается плотность размещения элементов на кристалле Естественно, что такая тенденция не может продолжаться, и прежде всего из-за достижения физических пределов отдельных транзисторных структур.
Физические процессы диффузии, дрейфа, статистические законы, законы термодинамики работают в определенных граничных и начальных условиях. Уменьшение геометрических парамщров транзисторных структур, переход от микрок наноразмерам приводит к переходу в другую область физики явлений, к принципиально другому процессу обработки информационных сигналов. Рассмо~рим пример.
Уменьшение длины затвора и толщины затворного окисла транзистора является одним из условий повышения быстродействия интегральных схем вообще и микропроцессоров в частности. Современные транзисторные структуры имеют толщину подзатворного оксида - 0,8 нм, что оценивается толщиной в три атомных слоя. При этом наблюдается рост тока утечки вызванный процессами туннелироваиия через тонкий слой окисла. даже в отключенном транзисторе происходят процессы утечки зарядов. С уменьшением толщины электродов истока, стока и затвора возрастает их омическое сопротивление и, как следствие, необходимо большее значение напряжения для переклю чения прибора, увеличения потребляемой мощности.
Сравнительный анализ показывает, что по плотности потребляемой мощности самые Рас пространенные микропроцессоры Реп(!цщ превосходят разогретую нагревательную плиз" ку (рис. 3.19). Следовательно, необходилза разрабо~ка системы эффективного теплое" вода. Для выхола из сложившегося тупика предложено несколько вариантов. Первый вариан связан с увеличением числа логических ячеек, работающих при разных пороговых " пряжениях, соответствующих их структуре.
Токи утечки при этом могут быть сниже" сны в транзисторных структурах, к быстродействию которых не прелъявляются жесткие тре бования. Все это связано с новым подходом к процессу проектирования интегральнь'х схем. Другой вариант связан с созданием принципиально новых з ранзисторных структур 3 Интегральные транзисторные структуры 267 Рис. ада. Рост плотности потребляемой мощности мнкропроцессорамн фирмы гп!е! З.4.1.
Транзисторы со сверхтонким основанием Транзисторы со сверхтонкой пленкой-основанием выполняются на пленке кремния толщиной 30 — 40 нм, нанесенной сверху оксидного слоя. При этом это основание может быль частично нли гголносгью обеднено носителями. Если тонкая пленка полностью обеднена подвижными носителями при всех значениях напряжения смещения, то в области каната заряда нет. В этом случае электрическое поле в инверсионцом слое прибора меньше, чем в обычных приборах с сильнолегированной областью каната, выполненных на объемном материале. Такие транзисторы обладают большой крутизной ВАХ, Такая структура лежит в основе Тета!генг-транзисторов фирмы !п!е1, частота переклгочения которых составляет !000 ГГц илн ! ТГц(рис.
3.20). б) а! Рис. 3.20. Структура МОП транзистора (в) н Теганвлг -транзистора !б! Т Ранзистор изготавливается на слое из кремния толщиной 30 нм, использование оксида ремния вместо традиционного диоксида кремния позволяет снизить ток утечки через затворный диэлектрик на четыре порядка. Часть ///Микроэлектронике Тета!>епх-транэг>сторы преаосходяз. стандартные КМОП-структуры по быстродействию н 25% и по потребляемой мощности иа 30%. При напряжении 1,3 В рабочий ток транзистг,. ра равен 650 мкА/мкм, а ток утечки всего 9 нА/мкм.
Как предполагается, такие траюисторы станут базовыми разработками микропроцессоре~ фирмы!пге1 с минимальными топологическими нормами 20 нм, быстродействием 20 ГГц и рабочилз напряжением 1 В. В одном чипе микропроцессора разместится !0 Тета!>опт транзисторов. 3.4.2. МОП-транзисторы с управляемой проводимостью канала ?Ранзистар с управляе>ной лраводггзгосл>ью кани>а характеризуется высокой подвиж. пастью носителей в области канала. В основе конструкции этих транзисторов лежит тралицнониая конструкция МОП транзистора.
Особенность заключается в технологии применения слоя напряженного кремния, осаждаемого на подложку соединения В!Се. Из рис. 3.21, а хорошо видно, что постоянная кристаллической решетки обычного кремния и твердого рве~вора В!Оа различны. При эпитаксиальном выращивании крелзиия на Яйпе-подложке атомы кремния стремятся подстроиться пол структуру подложки, и поэтому происходит растягивание рецгетки кремния.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
