МОП-транзистор с индуцированным каналом n-типа, страница 2

Основная структура МДП-транзисторов показана на рис.1. Этот четырёх полюсный прибор состоит из полупроводниковой подложки p-типа, в которой сформированы, непрерывно с помощью ионной имплантации, две высоколегированные n-области - сток (1) и исток (2). Металлический электрод, отделённый от подложки слоем окислов называется затвором. Металлические выводы 3,4 образуют омические контакты. Под затвором расположен тонкий окисел 7.

В кремниевых интегральных схемах отдельный МДП-транзистор окружён, в целях безопасности, областью с толстым углубленным слоем окисла 8, охватывающим транзистор с боковых сторон, который называется пассивирующим или полевым (в отличие от тонкого слоя подзатворного диэлектрика).

Окисел 8 ограничивает канал и в направлении, перпендикулярном движению дырок, определяя ширину канала.

Под разделительными областями 8 расположены сильно легированные слои 9 р-типа, предотвращающие образование инверсных слоев n-типа, которые могли бы вызвать паразитную связь между соседними транзисторами, например, между областями 2 и 2'.

Основным    этапом    проектирования топологического чертежа интегральной схемы является разработка топологии отдельных компонентов. Топология МДП-транзистора определяется шириной канала z не велика по сравнению с длиной канала L, т.е. Z / L <10, то используется линейная конфигурация областей истока, стока и затвора. Если Z /L >10, то в целях создания компактной структуры, затвор рекомендуется выполнять в виде меандра, а области истока и стока   тогда будут иметь гребенчатую конфигурацию. Типичная топология МДП-транзистора приведена на (рис.2) . Разрез А-А такого транзистора показан на рис.1. Контуры 10 образуют окна в разделительном слое 8 (рис. 1), определяющие места расположения транзисторов. Контур 11 представляет собой топологию поликремниевого затвора 6 . В общем случае диффузионные области истока 1 и стока 2 (рис. 1) , отмеченные на (рис.2) цифрой 12, могут проникать под область затвора, образуя области перекрытия 13. Контуры 14 представляют собой контактные отверстия в окисле для вывода металлических контактов 15 к соединениям схемы.

Рис 1. Структура n-канального МДП-транзистора с индуцированным каналом.

Характерные  размеры  некоторых  топологических  фрагментов приведены в таблице 3. Чертеж топологии выполняется обычно в масштабе 1000:1 или в более крупном на миллиметровой бумаге.

В основе МДП-транзисторов лежит электрическое поле. МДП-транзисторы подразделяются на два типа: с индуцированным и со встроенным каналом. Транзисторы последнего типа, нормально открытые, имеют встроенный канал и могут работать как в режиме обогащения, так и в режиме обеднения. Наибольшее же распространение получили МДП-транзисоры с индуцированным каналом. В транзисторах этого типа канал изначально отсутствует при Uз=0, но при приложении некоторого Uпорог канал индуцируется: в поверхностном слое тип носителей инвертируется и происходит обогащение. Транзисторы такого типа работают только в режиме обогащения. При этом полезность напряжения на затворе должна соответствовать знаку заряда основных носителей в подложке.

В настоящее время известны МДП-транзисторы, изготовленные на различных полупроводниковых материалах (Ge,Si,Ga,As) с использованием различных диэлектрических слоёв ( SiO₂, Si₃N₄, Al₂O₃, SrF₂ и тд.).

В дальнейшем все напряжения будем отсчитывать от потенциала истока (т.е. считать его заземлённым).

15                      11                         15                                                                         

10

L                                                                                                                          

14

14                

15 

Рис.2 Топологический чертеж МДП-транзистора.

Когда напряжение на затворе отсутствует, электрическая цепь исток-сток представляет собой два p-n–перехода включённых на встречу друг другу. При этом в ней может протекать очень малый ток, равный току утечки обратно смещенного p-n⁺ перехода. Если же к затвору приложено достаточно большое положительное напряжение, то у границы с диэлектриком образуется инверсионный слой или канал, соединяющий n-области стока и истока. Проводимость этого канала модулируется при изменении напряжения на затворе. Тыловой контакт от подложки может находиться либо под тем же опорным потенциалом, что и исток, либо под напряжением, соответствующим обратному смещению p-n⁺–перехода исток-подложка, напряжение обратного смещения, подложки также влияет на проводимость инверсионного канала.

Основные электрические параметры

Подвижность и удельная крутизна: