Cтепаненко - Основы микроэлектроники (989594), страница 47

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 47)

В результате заряд Яе, уменьшается. Введение акцепторов в окисел можно осуществлять с помощью ионной имплантации. Сочетая перечисленные методы, можно обеспечить пороговые напряжения практически любой сколь угодно малой величины. Следует, однако, иметь в виду, что слишком малые значения порогового напряжения (0,5-1 В и менее) в большинстве случаев неприемлемы по схемотехническим соображениям (малая помехоустойчивость). МНОП-транзистор. Особое место среди МДП-транзисторов занимает так называемый МНОН-транзистор, у которого диэлектрик имеет структуру есэндвича», состоящего из слоев нитрида и окисла кремния (рис. 7.33„а). Слой окисла получается путем термического окисления и имеет толщину 2-5 нм, а слой ингрида — путем реактивного напыления и имеет толщину 0,05 — 0,1 мкм, достаточную для того, чтобы пробивное напряжение превышало 50-70 В. Главная особенность МНОП-транзистора состоит в том, что его пороговое напряжение можно менять, подавая на затвор короткие (100 мкс) импульсы напряжения разной полярности„с большой амплитудой (30-50 В).

Так, при подаче импульса + 30 В 257 гт.з. МДП-транзнсторьг -30 -20 -10 0 10 20 ЗО У„ В о) б) Рис. 7.33. МОП-транзистор с иниупированным р-каналом: з — структура; б — зависимость порогового напряжения от напряжения затвора устанавливается пороговое напряжение Уо = — 4 В (рис. 7.33, 6). Это значение сохраняется при дальнейшем использовании транзистора в режиме малых сигналов (У, < — 10 В); в таком режиме МНОП-транзистор ведет себя как обычный МДП-транзистор с индуцированным р-каналом.

Если теперь подать импульс — 30 В, то пороговое напряжение сделается равным Уе = — 20 В и, следовательно, сигналы У, < м 10 В не смогут вывести транзистор из запертого состояния. Как видим, благодаря гистерезисной зависимости Уо (У,) МНОП-транзистор можно с помощью больших управляющих импульсов переводить из рабочего в запертое состояние и обратно. Эта возможность используется в интегральных запоминающих устройствах. В основе работы МНОП-транзистора лежит накопление заряда на границе нитридного и оксидного слоев.

Это накопление есть результат неодинаковых токов проводимости в том и другом слоях. Процесс накопления описывается элементарным выражением ба,й(1 =1„0 -1эьн, где оба тока зависят от напряжения на затворе и меняются в процессе накопления заряда. При большом отрицательном напряжении на границе накапливается положительный заряд. Это равносильно введению доноров в диэлектрик и сопровождается увеличением отрицательного порогового напряжения. При большом положительном напряжении У, на границе накапливается отрицательный заряд. Это приводит к уменьшению отрицательного порогового напряжения. При малых напряжениях У, токи в диэлектрических слоях уменьшаются на 10 — 15 порядков (!), так что накопленный за- Глава 7.

Элсмааты витсгралвиых схем 258 ряд сохраняется в течение тысяч часов. Вместе с ним сохра няется и пороговое напряжение. Смешанные монолитные ИС нв МОП и биполярных структурах. Биполярные структуры обеспечивают высокоточное пре образование аналоговых величин и обладают большими управ ляющими токами. КМОП-схемы имеют большую степень интеграции, малую потребляемую мощность и эффективно используются в запоминающих устройствах. В настоящее время активно развивается технология, позволяющая интегрально объединить биполярные и КМОП-схемы в одном кристалле и таким образам существенно расширить функциональные возможности ИС, БИС и особенно СБИС. На рис.

7.34 приведен пример интеграции ИзЛ-структур с КМОП-структурами с биполярными р-карманами. Аналогичное совмещение возможно в случае КМОП-структур с биполярными п-карменами. и с н с в э К Рис. 7.34. КМОП-структура с р-кармаиами и кремниевыми затворами 7.9, Полупроводниковые резисторы Первоначально в полупроводниковых ИС применялись только диффузионкьзе резисторы (ДР), основу которых составлял один из диффузионных слоев, расположенных в изолированном кармане. В настоящее время большое распространение получили также ионно-имплзнтировзнные резисторы.

Диффузионные резисторы. Для диффузионных резисторов чаще всего используется полоска базового слоя с двумя омическнми контактами (рис. 7.35, а). Для такой полосковой конФи гурации сопротивление ДР согласно (7.1) записывается в виде (7.ба) В = В, (а/Ь), 299 7.9. Полупроводниковые резисторы где В, — удельное сопротивление слоя (см. с.

229-230), а разме- ры а и Ь показаны на рис. 7.35. б) о) Рис. 7.ЗЗ. Диффузионный резистор е полосковой (о) и е зигзагообразной конфигурапией (б) И длина, и ширина полоскового ДР ограничены. Длина а не может превышать размеров кристалла. Ширина Ь ограничена возможностями фотолитографии, боковой диффузией, а также допустимым разбросом (10 — 20%).

Подставляя в (7.5а) значения В, = 200 Ом/(.г и а/Ь = 100, получаем типичное значение максимального сопротивления В„,„, = 20 кОм. Это значение можно повысить в 2-3 раза, используя не полосковую, а зигзагообразную конфигурацию ДР (рис. 7.35, б). В етом случае сопротивление записывается в более общем виде ~а, В=В ' +а+13 «ь (7.5б) Здесь и — количество «петель» (на рис. 7.35, б п = 2), а слагаемое 1,3 учитывает неоднородность дР в районе омических контактов. Количество «петель» в конечном счете ограничено площадью, отводимой под ДР, Обычно н ь 3, в противном случае площадь резистора может достигать 15 — 20 % площади всего кристалла. Максимальное сопротивление при и = 3 не превышает 50 — 60 кОм.

Глава 7. Элементы интегральных схем Температурный коэффициент сопротивления ДР, выполненного на основе базового слоя, составляет 0,15 — 0,30 %/'С, в зависимости от значения В,. Разброс сопротивлений относительно расчетного номинала составляет — (15 — 20) %. При этом сопротивления резисторов, расположенных на одном кристалле, меняются в одну и ту же сторону. Поэтому отношение сопротивлений сохраняется с гораздо меньшим допуском ( — "- 3 % и менее), а температурный коэффициент для отношения сопротивлений не превышает ж 0,01 % /'С. Эта особенность ДР играет важную роль и широко используется при разработке ИС. Если необходимые номиналы сопротивлений превышают 50-60 кОм, можно использовать так называемые линчрезисто рьс.

Структура пинч-резистора показана на рис. 7.36. По сравнению с простейшим ДР пинч-резистор имеет меньшую площадь сечения и большее удельное сопротивление (так как используется донная, т.е. слабо легированная часть р-слоя). Поэтому у линч-резисторов удельное сопротивление слоя обычно составляет 2-5 кОм/П и более„в зависимости от толщины. При таком значении В, максимальное сопротивление может достигать значений 200 — 300 кОм даже при простейшей полосковой конфигурации.

Недостатками линч-резисторов являются: больший разброс номиналов (до 50 %) из-за сильного влияния изменения толщины р-слоя, больший температурный коэффициент сопротивления (0,3-0,5 %/'С) из-за меньшей степени легирования донной части р-слоя, нелинейность вольт-амперной характеристики при Рис. 7.36. Пннч-резистор Рвс. 7.З7. туннельное лересеченне 261 т,в.

Полупроводниковые резисторы напряжениях более 1-1,5 В. Последняя особенность вытекает из аналогии между структурами линч-резистора и полевого транзистора (см. рис. 7.26, б). ВАХ линч-резистора совпадает с ВАХ полевого транзистора (рис. 4.14, а), если напряжение на затворе последнего положить равным нулю (поскольку у линч-резистора слои и+ и р соединены друг с другом металлизацией). Пробивное напряжение линч-резисторов определяется пробивным напряжением эмиттерного перехода (обычно 5 — 7 В). Если необходимые номиналы сопротивлений составляют 100 Ом и менее„то использование базового слоя в ДР нецелесообразно, так как согласно (7.5а) ширина резистора должна быть меньше его длины, что конструктивно трудно осуществить.

Для получения ДР с малыми номиналами сопротивлений используют низкоомный эмиттерный слой. При значениях В, 5 — 15 Ом/П, свойственных этому слою (см. табл. 7.1), удается получить минимальные сопротивления 3 — 5 Ом с температурным коэффициентом 0„01 — 0,02 53/'С. Используя эмиттерный и -слой, можно решить еще одну задачу, возникающую при конструировании ИС: осуществить так называемые «туннельныс» пересечения (рис.

7.37). Речь идет о возможности изоляции двух взаимно перпендикулярных полосок металлизации, одна нз которых (1) идет полностью по защитному окислу, а вторая (2) частично расположена под первой в виде низкоомного и -участка — «туннеля». Пример «туннельного» пересечения можно видеть на рис.

7.13, б, где в качестве «туннеля* используется участок коллекторного и'-слоя. «Туннельное» пересечение не является универсальным решением, потому что и -участок имеет все же заметное сопротивление (3-5 Ом). Поэтому, в частности, «туннельнь»е» пересечения неприемлемы е цепях питония, где протекают достаточно большие токи. Ионна-легированные резисторы. За последнее время все большее распространение получают ионна легированные резисторы, которые в отличие от дР получаются не диффузией, а локальной ионной имплантацией примеси (см. равд. 6.5).

Характеристики

Список файлов книги