88736

Комплементарные-МДП транзисторы

Контрольная

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Среди многочисленных разновидностей полевых транзисторов, возможно, выделить два основных класса: полевые транзисторы с затвором в виде p-n перехода и полевые транзисторы с затвором, изолированным от рабочего полупроводникового объема диэлектриком.

Русский

2015-05-03

234.55 KB

14 чел.

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Факультет заочного обучения

Проектирование и производство радиоэлектронных средств

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

По предмету: «Конструирование и технология изделий интегральной электроники »

Тема: «Комплементарные-МДП транзисторы»

Сорокин О.В.

г.Минск ул.Кулибина д.9 кв.20

м.т.+37529 8552504

гр.100201 шифр. 1002020

 

                                      Минск 2013

Содержание :

Введение .

1. Краткое описание МДП транзисторов .

2. Структура комплементарных МДП – транзисторов .

3. Технология изготовления  комплементарных МДП – транзисторов

Заключение .

Список используемой литературы .

Введение

Среди многочисленных разновидностей полевых транзисторов, возможно, выделить два основных класса: полевые транзисторы с затвором в виде p-n перехода и полевые транзисторы с затвором, изолированным от рабочего полупроводникового объема диэлектриком. Приборы этого класса часто так же называют МДП-транзисторами (от словосочетания металл-диэлектрик-полупроводник) и МОП транзисторами (от словосочетания металл-окисел – полупроводник), поскольку в качестве диэлектрика чаще всего используется окись кремния.

Основной особенностью полевых транзисторов, по сравнению с биполярными, является их высокое входное сопротивление, которое может достигать 109 – 1010 Ом. Таким образом, эти приборы можно рассматривать как управляемые потенциалом, что позволяет на их основе создать схемы с чрезвычайно низким потреблением энергии в статическом режиме. Последнее особенно существенно для электронных статических микросхем памяти с большим количеством запоминающих ячеек.

Так же как и биполярные полевые транзисторы могут работать в ключевом режиме, однако падение напряжения на них во включенном состоянии весьма значительно, поэтому эффективность их работы в мощных схемах меньше, чем у биполярных приборов.

Полевые транзисторы могут иметь как p, так и n управление которыми осуществляется при разной полярности на затворах. Это свойство комплементарности расширяет возможности при конструировании схем и широко используется при создании запоминающих ячеек и цифровых схем на основе МДП транзисторов (CMOS схемы).

Полевые транзисторы относятся к приборам униполярного типа, это означает, что принцип их действия основан на дрейфе основных носителей заряда. Последнее обстоятельство значительно упрощает их анализ по сравнению с биполярными приборами, поскольку, в первом приближении, возможно, пренебречь диффузионными токами, неосновными носителями заряда и их рекомбинацией.

1. Краткое описание МДП транзисторов

Транзисторы со структурой МДП представляют собой одну из разновидностей полевых транзисторов – активных полупроводниковых приборов, в которых используются эффекты дрейфа основных носителей под действием продольного электрического поля и модуляции дрейфового тока поперечным электрическим полем. Действие полевых транзистор основано на перемещении только основных носителей заряда в полупроводниковом материале, в связи с чем эти транзисторы называются униполярными в отличии от биполярных, в которых используются оба типа носителей.

МДП–транзисторы имеют существенные преимущества перед биполярными по конструкции (размеры и занимаемая ими площадь относительно не велики, отсутствует необходимость их изоляции) и электрофизическим параметрам (низкий уровень шумов, устойчивость к перегрузкам по току, высокое входное сопротивление и помехоустойчивость, малая мощность рассеивания, низкая стоимость).

В тоже время БИС на МДП–транзисторах уступают БИС на биполярных транзисторах в технологической воспроизводимости и стабильности параметров.

На рис.1 представлена конструкция МДП–транзистора. Области стока и истока одного типа проводимости и самоизолированы друг от друга pn переходом. Принцип действия МДП–транзистора основан на эффекте модуляции электропроводности поверхностного слоя полупроводникового материала, расположенного между стоком и истоком. Тип электропроводности канала обязательно совпадает с типом электропроводности областей стока и истока. Так как тип электропроводности истока , стока и канала противоположен типу электропроводности подложки, то сток, исток и канал изолируется от подложки pn переходом.

В зависимости от типа основных носителей тока в канале различают nканальные и pканальные МДП–транзисторы. По конструктивно–технологическому исполнению МДП–транзисторы подразделяют на две разновидности: со встроенным и с индуцированным каналами (рис. 12). Электрическое сопротивление канала зависит от длины lк и его ширины bк, оно модулируется напряжением на затворе uз и зависит от напряжения наведенного поля в полупроводнике, обратно пропорционально толщине диэлектрика hд и прямо пропорционально проницаемости диэлектрика д.

Помимо деления МДП–транзисторов по основному признаку –способу формирования и типу электропроводности проводящего канала – существует более детальная классификация, учитывающая конструктивно–технологическое исполнение МДП– транзисторов, например по материалу затвора (с алюминиевыми, молибденовыми, поликремневыми затворами); сочетанию с другими элементами в микросхеме, например комплементарные МДП–транзисторы (КМДП); по функциям, выполняемым в схеме, например активные и нагрузочные транзисторы.

Каждый из четырех типов МДП–транзисторов может быть использован в качестве нагрузки, а его подложка присоединена к источнику питания или нулевой шине. Затвор может иметь пять вариантов подключения: к выходу схемы, шине питания, нулевой шине, автономному источнику питания положительной или отрицательной полярности, ко входу микросхемы. Иными словами существует 48 вариантов использования МДП–транзистора в качестве нагрузки.

Базовой схемой многих МДП–микросхем является инвектор – ключевая схема, содержащая активный транзистор и нагрузку, включенные между шиной питания и землей. С учетом 48 вариантов использования МДП–транзисторов в качестве нагрузки и четырех вариантов схемного включения активного транзистора существует 192 варианта построения инверторов на основе двух МДП–транзисторах. В настоящее время используют только схему с линейной, нелинейной, квазилинейной, токостабилизирующей нагрузками и вариант инвертора на КМДП–транзисторах.

МДП–транзисторы могут служить в схеме и в качестве конденсаторов, для чего можно использовать емкость структур затвор – подложка или емкость обратносмещенных pn переходов сток(исток) – подложка.

Таким образом, МДП–транзистор может быть основным и единственным элементом МДП–микросхем. Он может выполнять функции активных приборов (ключевой транзистор в инверторах, усилительный транзистор), так и пассивных элементов (нагрузочный транзистор в инверторе, конденсатор в элементе памяти). При проектировании МДП–микросхем можно обходится только одним элементом – МДП–транзистором, конструктивные размеры которого и схема включения будут завесить от выполняемой функции. Это обстоятельство дает существенный выигрыш в степени интеграции.

2. Структура КМДП-транзисторов

Комплементарные МДП-структуры (КМДП) представляют собой сочетание транзисторов с каналами n- и p-типа, соединенных последовательно. В такой структуре транзистор с каналом n-типа формируется непосредственно на кремниевой подложке р-типа, а транзистор с каналом р-типа – в специальном кармане n-типа. В целях повышения степени интеграции разработаны опытные образцы двухслойных КМДП-структур. В такой структуре на подложке р-типа создается обычный транзистор с n-каналом и поликремниевым затвором, а над n-канальным транзистором создается пленка отожженного поликремния, по своим свойствам приближающаяся к монокристаллу, в которой формируется транзистор с каналом р-типа. Оба транзистора имеют общий поликремниевый затвор. Созданная таким способом комплементарная пара вместе с соединениями занимает такую же площадь, как один транзистор с каналом n-типа.

Схема и устройство комплементарной МДП-структуры

3. Технология изготовления  комплементарных МДП – транзисторов

На примере рассмотрим технологию изготовления  : 5,0 мкм КМДП с p-карманом, с алюминиевыми затворами и изоляцией обратно

   смещенным p-n переходом на кремниевой подложке n – типа, рабочее напряжение

   9В, маршрутная карта которой приведена в таблице 11.

       Краткая характеристика процесса:

  - КМДП процесс;

  - характеристический размер 5,0 мкм;

  - подложка n-типа с p-карманом;

  - алюминиевый затвор;

  - изоляция активных элементов обратно смещенным p-n переходом;

  - затворный диэлектрик – окись кремния толщиной 800 Å;

  - n-МДП транзистор с поверхностным каналом, p-МДП транзистор с углубленным

  каналом;

  - межслойная изоляция металл/подложка, металл/n+, металл/p+ - окись кремния;

  - коммутация и разводка – один уровень металла из слоя алюминия;

  - пассивация слоем ФСС ( фосфорно – силикатное стекло);

  - рабочее напряжение 9 V.

Технологический процесс начинается с создания в подложке n-типа p-кармана

для транзисторов n-типа (фотолитография 1). После разгонки кармана и

одновременного      создания    межслойной      изоляции   из   окисла      кремния

металл/подложка, металл/n+, металл/p+ по фотолитографиям 2 и 3 выполняется

топология n+ исток-стоковых областей n-МДП транзисторов и n+ охранных колец

вокруг p-МДП транзисторов и p+ исток-стоковых областей p-МДП транзисторов и

p+ охранных колец вокруг n-МДП транзисторов. Вскрываются по маскам окна в

окисле межслойной изоляции и проводятся легирования n+ и p+ областей.

      По фотолитографии 4 вскрываются окна в окисле межслойной изоляции под

области каналов МДП транзисторов. До удаления фоторезиста проводится ионное

легирование бором для подгонки пороговых напряжений транзисторов n- и p- типов.

Этим легированием создается структура поверхностного канала в n-МДП и

углубленного канала в p-МДП транзисторах.

      Открытые на 2, 3 и 4 фотолитографиях окна окисляются для создания

межслойной изоляции металл/n+, металл/p+ и затворного окисла.

      По фотолитографии 5 над областями n+ и p+ исток-стоков и охранных колец

в межслойной изоляции металл/n+, металл/p+ вскрываются контактные окна.

      Перед напылением алюминия выполняется термическая операция диффузии

фосфора для стабилизации поверхности затворного окисла. Образовавшийся в

затворном окисле тонкий слой ФСС непосредственно перед напылением металла

удаляется.

   

  Завершается      технологический       процесс    изготовления       пластин

фотолитографией 6 и 7 создания алюминиевой разводки и вскрытия окон в слое                  

пассивации из ФСС над контрактными площадками.

     Последними технологическими операциями по пластинам являются контроль

электрических параметров пластины по специальным тестовым структурам на

соответствие требованиям спецификации на КМДП процесс и 100% контроль

функционирования кристаллов.

     После разделения пластин на кристаллы, годные по функционированию

кристаллы проходят операции сборки в корпус для получения микросхем.

Н1 -      Глубина p-кармана в n-подложке.

Н2 -      Толщина межслойной изоляции металл/подложка, металл/n+, металл/p+.

Н3 -      Толщина межслойной изоляции металл/n+, металл/p+.

Н4 -      Толщина затворного окисла.

Н5 -      Глубина p+ исток/стоковых областей p- канальных транзисторов и p+ охранных

         колец вокруг n-канальных транзисторов.

Н6 -      Глубина n+ исток/стоковых областей n- канальных транзисторов и n+ охранных

         колец вокруг p-канальных транзисторов.

H7 -      Ширина области повышенной концентрации примеси в поверхностном канале n-

         канальных транзисторов.

H8 -      Глубина p-n перехода в углубленном канале p-канальных транзисторов.

Н9 -      Толщина алюминиевой разводки

Электрическая схема КМДП инвертора  . Инвертор состоит из транзистора n-типа

и транзистора p-типа. Имеет один вход  «а» и один выход «f».                                          Выполняет функцию инверсии сигнала.

Заключение :

В настоящее время можно сформулировать следующие устойчивые тенденции в производстве изделий микроэлектроники.

Непрерывно растет функциональная сложность интегральных микросхем. Все большее число радиоэлектронных узлов, устройств и блоков, ранее выполнявшихся в виде отдельных конструкций по технологии, принятой для изготовления аппаратуры, выполняются в настоящее время в виде полупроводниковых и гибридных микросхем и микросборок. Применение для этих целей базовых матричных кристаллов и однокристальных программируемых логических устройств привело к существенному ускорению этой устойчивой тенденции и придало новый импульс разработкам микроэлектронной аппаратуры в интегральном исполнении. Прогресс в технологии полупроводниковых микросхем, переход к микронным и субмикронным значениям минимального стандартного проектного размера позволяет без особых Затрат на разработку создавать блоки и даже системы радиоэлектронных средств (РЭС) на основе уже имеющихся БИС и СБИС путем формирования их структур в одном полупроводниковом кристалле и создания многоуровневой разводки для осуществления электрических связей между отдельными частями таких гигантских по функциональной сложности однокристальных микроэлектронных РЭС. Это приводит к увеличению возможности и гибкости при проектировании РЭС, поскольку позволяет выбрать необходимый набор освоенных в производстве структур цифровых, логических и аналоговых БИС для размещения их в одном кристалле.

Многообещающими в плане повышения степени интеграции являются трехмерные структуры полупроводниковых микросхем, созданные за счет скоммутированных между собой нескольких уровней (этажей) полупроводникового монокристаллического материала - так называемых трехмерных микросхем. Успех в их создании связывают с успехами лазерной перекристаллизации пленок поликремния, создания в них монокристаллических областей, в которых будут размещены полупроводниковые элементы микросхем, и с развитием технологии последовательного наращивания чередующихся пленок поликремния и диэлектрических пленок. Трехмерные конструкции могут создаваться путем формирования контактных площадок как на рабочей, так и на нерабочей стороне кристаллов, и сборки таких кристаллов в многоэтажный модуль.

Трехмерность КМДП-транзисторной структуры является фактором существенного повышения плотности упаковки БИС.

В связи с низким выходом годных и ограниченных логическими возможностями перспективы создания КМДП-БИС невелики. Но такие структуры обладают уникальными способностями управления очень большими токами с высокой скоростью их переключения. Они нашли применение в звуковых высококачественных усилителях мощности, в широкополосных усилителях, в источниках вторичного электропитания для преобразования постоянного тока в переменный при меньших затратах, массе и габаритных размерах, чем традиционные источники питания.

Увеличение функциональной и конструктивной сложности радиоэлектронных средств идет не только за счет интеграции устройств в одном полупроводниковом кристалле, но и за счет более плотного размещения таких кристаллов в составе гибридных микросхем и микросборок. При этом также успех дела решают достижения технологии производства. Тенденции в этом отношении таковы: новые технологические возможности в производстве полупроводниковых микросхем, создание новых принципов формирования пленочных структур и нового технологического оборудования непременно положительно сказываются на достижениях технологии гибридных микросхем. Примером тому могут служить достижения электронной, ионной и плазменной обработки, широко внедрившейся сначала в технологию полупроводниковых, а затем и гибридных микросхем. Заметно сближение двух технологий: пленочные структуры являются неотъемлемой частью полупроводниковых микросхем, в структуре тонкопленочных гибридных микросхем со дня на день следует ожидать появления пленок поликристаллического кремния со сформированными на их основе пассивными и, может быть, активными элементами.

Список  использованной  литературы:

  1.  Березин А. С., Мочалкина О. Р. Технология и конструирование  интегральных микросхем. – М. Радио и связь, 1983. – 232 с.
  2.  Достанко А. П. Технология интегральных схем. – Минск, Высшая школа, 1982. – 206 с.
  3.  Курносов А. И., Юдин В. В. Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. – М.: Высшая школа, 1986. – 386 с.
  4.  Матсон Э. А. Конструирование и технология микросхем. – Минск, Вышэйшая школа, 1989. 207 с.
  5.  Схемотехника БИС постоянных запоминающих устройств / О. В. Петросян, И. Я. Козырь, Л. А. Коледов и др. – М.: Радио и связь, 1987. – 304 с.
  6.  Черняев В. Н. Технология производства интегральных микросхем и микропроцессоров. –М.: Радио и связь, 1987. – 464 с.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

80727. Теория классификации частей речи. Проблема частей речи в зарубежной и отечественной лингвистике 38.55 KB
  Теория классификации частей речи. Проблема частей речи в зарубежной и отечественной лингвистике Весь словарный состав английского языка как и всех индоевропейских языков подразделяется на определенные лексико-грамматические классы называемые частями речи. Самые первые перечни частей речи приводившиеся в ранних трудах по философии и логике и являвшиеся первыми классификациями частей речи едва ли основывались на каких либо четких критериях. Многие другие разряды слов приобретшие впоследствии статус частей речи были выделены из сферы имени...
80728. Проблема частей речи в отечественной лингвистике. Классификации отечественных лингвистов 31.25 KB
  Проблема частей речи в отечественной лингвистике. Классификации отечественных лингвистов Отечественные лингвисты в отличие от зарубежных авторов считают триединый принцип классификации частей речи ведущим но допускают возможность привлечения двух признаков: семантического и синтаксического так как английский язык аналитический и в ряде случаев отсутствует признак формы. Впервые эта мысль была высказана Щербой в статье О частях речи в английском языке. Наиболее четкое определение частей речи которого придерживаются и исследователи...
80729. Имя существительное. Проблемы падежа, числа, рода. Лексико-грамматические разряды существительных 35.14 KB
  Существительное – это знаменательная часть речи обладающая семантическим значением предметности характеризующаяся наличием определенных грамматических категорий и зависимых грамматических значений. Грамматическое значение – это обобщенное абстрагированное значение объединяющее крупные разряды слов и выраженное через свойственные ему формальные показатели. Зависимое грамматическое значение лексико-грамматическое значение – это значение соединяющее лексический состав и грамматическую форму. Итак существительное обладает значением...
80730. Проблема артикля 33.85 KB
  Проблема места артикля представлена двумя теориями: Одна из них рассматривает сочетание Артикль Существительное как аналитическую форму. Вторая теория относит артикль к служебным частям речи а сочетание Артикль Существительное трактуется как сочетание особого типа. В соответствии с первой теорией если данное сочетание рассматривать как аналитическое то артикль приравнивается к вспомогательной части аналитической формы. В пользу этого можно привести следующие доводы: Артикль является морфологическим показателем существительного.
80731. Прилагательное. Категории прилагательного 36.35 KB
  Прилагательное это часть речи называющая признак предмета обладающий условной устойчивостью без указания на развитие признака вор времени. Прилагательное выделяется на основе трех критериев: значения формы и функции. Прилагательное обладает обобщающим грамматическим значением и это – значение признака свойства или состояния.
80732. The Old English Noun 27.92 KB
  The inflection of the Old English noun indicates distinctions of number (singular and plural) and case. The case system is somewhat simpler than that of Latin and some of the other Indo-European languages. There is no ablative, and generally no locative or instrumental case, these having been merged with the dative...
80733. Actual division of the sentence 26.83 KB
  The purpose of the actual division of the sentence is to reveal the correlative significance of the sentence parts from the point of view of their actual informative role in an utterance. The main components of the actual division of the sentence are the theme and the rheme.
80734. Sentence in traditional syntax 27.07 KB
  From the traditional point of view the nuclear of syntax is formed by the gram. Subject and gram. Predicate. Periphery is formed by other parts of a sentence: complements, objects, two types of adjuncts (attributes and adverbial modifiers). These parts of a syntax are called secondary and are normally optional.
80735. Parts of speech classification, gram-l classes of words 27.62 KB
  There are three main criteria according to which we classify the words into a different gram. classes. They are meaning, form function. not the individual lexical meaning of each word but the meaning common to all the words of a given class which constitutes its essence; form, it’s the morphological characteristics of a type of word...