Щука А.А. Электроника (2005) (1152091), страница 57
Текст из файла (страница 57)
В этом случае слой кремния становится напряженным. Оказывается, что скорость дрейфа электронов в таком материале на 70% выше, чем в обычном кремнии. Это позволяет, не масштабируя геометрические параметры транзистора, увеличить его быстродействие на 35%. Такая технология позволяет создавать транзисторные структуры как в объеме, так и в пленке. Интегральные схемы на таких транзисторах будут обладать высокой плотностью размещения элементов, уменьшенным значением рассеивания мощности, Рис.
3.21. Формирование напряженного слоя кремния б/ на и!Ое-подложке а/ 3 4.3. МОП-транзисторы с двойным затвором Орели прочих суп>ествуют также конструкции МОП-транзнтщорое с доуня за>яегзрани. ФиРма /В/ь1 рвзработаза транзистор с двумя затворами принципиально новой констру кции. Конструкция Г1пГЕТ-транзистора представляет собой кремниевое тело (столбн ' бик 3 Интегральные транзисторные структуры вставка-бп), которое обернуто затвором Конструкция затвора такова, что формиру|отся два самосовмещенных канала с двух сторон кремниевого тела (рис. 3.22, и). Выступающая передняя область тела представляет собой исток транзистора, а задняя область — сток, Ток течет в плоскости, параллельной плоскости тела. Активная ширина прибора И' равна высо~с тела-столбика и может быть увеличена за счет включения нескольких столбиков.
структура Р(ПРЕТ аналогична традиционной МОИ-структуре, хотя и является каазипланарной. Отличительной особенностью является активная область, которая в данном случае формируется вставками. Высота тела вставки составляет 180 нм, толщина затворного диэлектрика — 2,2 нм, поликремниевого затвора-- 75 нм. трирмой! ВМ разработаны симметричные и асимметричные о- и р-канальные транзисторы длиной канала - 30 нм.
Типичный ток в и-канальном транзисторе составляет 1300 мкА(мкм, в р-канальном — 850 мкА/мкм. Усилиями разработчиков Калифорнийского университета в Беркли (США), фирмы 1п(е) созданы Р1пРЕТ-транзисторы с длиной канала 20 нм, в котором размеры кремниевой вставки определяются промежутками между поликремниевыми затворами, а области истока и стока формируются процессами литографии. Характеристики Р|пРЕТ-транзисторов позволяют надеяться на их использование в интегрщтьных схемах с увеличенной плотностью упаковки и уменьшенной рассеиваемой мощностью. а) б) ис. 3.22.
Кввзиппвиарная структура Вокет-транзистора (а) и его стоково-затвориая характеристика (б) З 4.4. Вертикальные МОП-транзисторы П наборы с аерлщкадьлыят защаорож (уегйсаЬ гер!асетеп(-йа(е-УЯС) позволяют с высокой то очносткио формировать длину канала. В таких транзисторах токи утечки очень малы. В качестве затворного диэлектрика с высокой диэлектрической проницаемостью и используется оксид гафния(НЮт). Р. азраоотанные вертикальные полевые транзисторы на основе ОаАз имеют ряд преиму- 'т1еств по сравнению с кремниевыми. Эти преимущества связаны с более высокой под- Часть П. Микроэлектроника 270 вижностью и дрейфовой скоростью носителей, а также с возможностью использования гетеропереходов для инжекции электронов в активную область транзистора.
На рис, 3.2З приведены структуры вертикального полевого транзистора иа основе СаАз. Транзисторьг этого типа имеют короткий канал, высокое быстродействие, малую потребляющую мощ ность. Этот тип транзисторов может стать основой разработок ОаАз схем с высокой плотностью упаковки. а) б) Рис. 3.23. Структура вертикального баАз полевого транзистора с ионна-легированным затвором Шоттки иа баАз (а) и затвором Шаттки с наращанным слоем и-баАз (б) 3.4.5. Арсенид-галлиевые транзисторы Развитие арсенкд-гаиггеелгх трикзксторов идет по пути увеличения скорости электро нов, уменьшения их пролетного времени, переходом к баллистическому режиму рабе™ Следствием этих факторов является сокращение размеров и уменьшение потребляем~й гуу 9 Интегральные транзисторные структуры мощности.
Полевые транзисторы на гетероструктурах с селективным легированием используют свойства двумерного электронного газа. Электроны движутся от истока к стоку в тонком двумерном инверсионном слое на границе между широкозонным А!>эаАз и узкозонным нелегированным баАз (рис, 3.24), б) а) Рис. 3.24. Структура биполярного гетеротранзистара !а) и соответствующий профиль легирования !б) Тонкий слой нелегированного А!>заАз разделяет слой двумерных электронов в СаАз от доноров в легированном слое А!СгаАз под затвором.
Уменьшение примесного рассеяния приводит к увеличению подвижности носителей, уменьшает сопротивление канала и увеличивает крутизну вольтамперной характеристики, Быстродействие таких транзисторов близко к рекордному значению и определяется временем зздержки сигнатз, составляющим при комнатной температуре порядка П) пс. Транзистор с проницаемой базой формируется путем размещения тонкой вольфрамовой сетки внутри арсенид-гачлиевого эпитаксиального слоя (рис. 5.25). Такой транзистор относится к вертикальнь>м структурам. Рис. 3.23.
Схема транзистора с проницаемой базой Часть !!. Микроэлектроника гуг к(стаял образует барьер Шоттки баЛь, встроенный потенциал которого полностью обед. няет ОаЛк в местах между полосками сетки. Положительный потенциал на базовом элеи тропе уменьшает ширину обедненно!.о слоя, и между эмиттером и коллектором возника.
ют проводяшие каналы. Электроны движутся от эмиттера к коллектору через окно в сетке транзистора. Также транзисторы могут работать на частоте до 200!Та. Вертикальной структурой является также баллистический транзистор (рис. 3.26). Поле,к барьера П!о!тки затворного электрода можно изменять проводимость канала. Особе„ ность конструкции является расположение затвора иа поверхности, а не в объеме. Этш, прием упрошает технологию изготовления. Рис. З.зе. Структура вертикального баллистического транзистора Задачи и упражнения [ЗЛ.~ Определение параметров полевого транзистора Удельная проводимость канала и-типа полевого транзистора о= 20,9 Омlм и ширина канала оэ = 6 мкм при напряжении "затвор — исток", равным нулю.
1. Найти напряжение отсечки Ь',„„считая, что подвижность электронов Ю, =. 0,13 м 1(В с) а относительная диэлектрическая проницаемость кремния е = 12. 2. При напряжении затвора, равном нулю, сопротивление "сток — исток" равно 50 Ом. При каком напряжении затвора сопротивление "сток исток" станет равным 200 Ом? Решение 1. Удельная проводимость канала и-типа о - р,х!Лга где Мк — концентрация примесных атомов; р„-- подвижность электронов.
Следовательно, Л'к = о / !Ькт =- 20,9 ! (0,13 1,6.10 ! = 10 и '. 273 ' 5 у)нтегральные транзисторные структуры Напряжение отсечки Г,'„„„. = г7Ль„с ! 2ввы где а — половина ширины канала при напряжении "затвор — исток" !7„, .= 0: Сь„„„=!610 10 .(3010') !(21288510 )=68В. Сопротивление участка "сток — исток" транзистора при низком напряжении можно представить в виде резистора, сопротивление которого определяется как Р„ 1 — Ди„,!г!7„„„ )"' где 1!я — сопротивление "сток — исток" при У„, = О. При Я„, = 200 Ом имеем: 200 = 50 1 — 1!!/„,!ь'6,3) откуда /Ь;„! = 3,83 В (отрицательььо отьнсительно истока). ~3.2Д Определение крутизны МОП-транзистора В МДП-транзисторе с канаэом и-типа ширина затвора 0,8 мм, длина канала 1 = 5 мкм, толщина (оксидного) слоя диэлектрической изоляции г! =-!50 нм, подвижность электронов в канале Н„=- 0,02 м й!В.с), относительная диэлектрическая проницаемость оксидной пленки в = 3,7, напряжение "сток — исток" в пологой части характеристики (при насыщении) 1/,.„= 8 В.
Определить крутизну прибора в области насыщения. решение Крутизну прибора в области насыщения вычислим по следующей формуле: б=Н„С,!',;,П где !ь„— подвижность электронов в канале, С, — емкость затвора; 1 — длина канала; П„, — напряжение "сток — исток" при насьпценни. Определим емкость затвора С, = свь1 ! ьУ= 3,7 8,35 10 ' .0,8 10 ' 5 1О ~! !150 10 ) = 0,87 пФ. Следовательно, крутизна Ь'=00203710 "8!(5!О ) = 557 мЛьВ. В.З Определение параметров канала П Полевой МОП-транзистор с каналом р-типа работает в режиме обогащения и имеет слелуюшне параметры: ширина и длина затвора 2 = йк = 50 мкм; длина канала Ь .= 5 мкм; э~яшина слоя окисла х„,.
=- 0,1 мкм; пороговое напряжение К„,„= — ! В; с„, = 4; Нл=190см'В 'с Вычислите ток Е,, сопротивление канала г, =- ! ь'3, и крутизну 5, если прибор работает в линейном режиме при напряжениях СI, = 3 В и Ь', — 0,1 В. Определите значения 1„„„и Б„„„считая, что транзистор работает при напряжениях ГЬ, = -4 В и и„= -5 В.
Ж Часть!6 Микроэлектроника Решение 1, Ток стока определяется по формуле Е ,1 = 1О 190 3,54 10 ' (( — 371] ( — 0,1) — 0,5 0,01) = 13,12 мкА Е д, = — рлС,)и,-и,„е-(7,)= 10.190 3,54 1О ' ! — 3 — ( — 0,1)! =- 1,28х10 ' см; г,=. ! /я,=-7,825 кОм; Е= — ряС 1Ь',! = 10 190 3,54 10 .0,1 =-6,73 мкА(В.
2. Ток насыщения 2 ((7, - (г„е) 7 х„,. = — й,С = 0,303 мА, й Са!!7, — (/„„,! = 0,202 мА!В. Е (3.44 Пороговое напряжение транзистора Вычислите пороговое напрвкение МОП-транзистора с каналом р-типа и ориентацией поверхности кристалла (111). Транзистор имеет алюминиевый затвор, толщина оксидно- го слоя 120 нм, концентрация легирующей примеси в подложке Агхз = Зх!0' ' см '.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
