Лавинное умножение. Структура металл-диэлектрик-полупроводник. Приборы с зарядовой связью

Малая длина канала, большая крутизна и ток сочетаются с большим допустимым напряжением на коллекторе и стоке, т.к. область обеднения распространяется в слаболегированную n–область и большое напряжение на стоке не вызывает смыкания канала и лавинного пробоя.

2.13.2. Элементы СБИС

Уменьшение размеров транзистора до долей микрона приводит к появлению ряда эффектов короткого канала. Большинство этих эффектов связано с увеличением электрического поля в стоковой области.

Для снижения поля стока используется конструкция с двойной стоковой областью, т.н. структура со слабо легированным стоком  (LDD-транзистор), представленная на рис. 28.

Область n-типа толщиной около 0.1 мкм и концентрацией доноров  уменьшает напряженность поля  под затвором вблизи стока. Формирование n-области возможно одновременно с n⁺ – областями истока и стока, если предварительно окислить поликремниевую область затвора. Наклонная окисленная стенка поликремния частично маскирует p-подложку при ионном легировании, рис.28.

2.14. Элементы  ЗУ на МДП транзисторах

Постоянные запоминающие устройства относятся к числу наиболее простых и широко распространенных БИС с широкими возможностями, определяемыми заданной системой микрокоманд и программой, которая записывается  в оперативное или постоянное ЗУ. Использование ПЗУ  с электрической перезаписью обеспечивает микропроцессору большую гибкость и удобство отладки.  Создание ПЗУ с электрической перезаписью на основе структур металл-диэлектрик-полупроводник с нитридом кремния (МНОП- транзистор) и транзисторов с плавающим затвором было существенным шагом вперед по сравнению с применяемым раннее способом однократного занесения информации в ПЗУ.

Использование МДП транзисторов в качестве элементов программируемых ПЗУ основано на возможности изменения порогового напряжения путем изменения заряда в затворе транзистора.

2.14.1. МНОП транзистор

Структура транзистора с нитридом кремния в затворе показана на рис. 29. Нитрид кремния  выращивается на туннельно прозрачном слое двуокиси кремния  и представляет собой поликристаллическую пленку полупроводника  с шириной запрещенной зоны около 5 эВ с большой концентрацией ловушек, аналогичных поверхностным состояниям на границе раздела  . 

Для записи электронов на затвор подается положительное напряжение, превышающее критическое значение, обычно 20 - 30 В.  Имеющиеся в достаточном  количестве в канале транзистора  электроны туннелируют из зоны проводимости кремния сквозь окисел на ловушки в запрещенной зоне нитрида, рис. 30.

При стирании, т.е. удалении электронов из нитрида, затвор заземляется , а на подложку подается положительное напряжение около 40 В. Электроны возвращаются из ловушек в нитриде в зону проводимости кремния, рис. 30. Механизм переноса электронов сквозь нитрид представляет собой последовательность индуцированных полем переходов с уровней ловушек в зону проводимости нитрида кремния. Время записи составляет обычно около 1 мс, время стирания около 50 мс. Время хранения заряда не менее 3000 часов, допустимое число циклов перезаписи до 10000. На рис. 31 показано распределение напряженности поля в двухслойном диэлектрике с отрицательным зарядом , сосредоточенным на границе раздела. Это примерно соответствует ситуации в МНОП структуре, т.к. захваченные на ловушки электроны не распространяются далеко вглубь нитрида

,          

С ростом  при записи  уменьшается, при  ток сквозь  прекращается, а величина записанного заряда электронов становится равной

под действием отрицательного заряда положительное пороговое напряжение увеличивается на величину

2.14.2. Транзисторы с плавающим затвором

В восьмидесятых годах на смену записи лавинной инжекцией  и ультрафиолетовому стиранию широкое применение [3] получила структура