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

15298. Изучение явления поляризации света 58.5 KB
  В результате проделанной работы я познакомился с методами получения значения концентрации веществ в водном растворе с помощью специальных устройств, действие которых основано на измерении угла поляризации света. В итоге получил определённые значения. Также получил и погрешности в результате
15299. Снятие кривой намагничивания ферромагнитного образца 69.5 KB
  В результате проделанной работы я познакомился с методами получения кривой намагничивания ферромагнитного образца, построил графики зависимости В(В0) и М(В0). Получившаяся кривая практически совпадает с табличными значениями. Не значительные расхождения свазаны с наличием погрешностей в данной лабораторной работе
15300. Измерение удельного заряда электрона методом магнетрона 56.5 KB
  В результате проделанной работы я познакомился с измерением заряда электрона методом магнетрона, получил зависимость анодного тока от тока в соленоиде. В результате получил конкретные значения, которые сравнил с теоретическими
15301. Изучение дифракционных решеток. Определение длины световой волны с помощью дифракционной решетки 55.5 KB
  В результате проделанной мною работы я познакомился с методами изучения дифракционных решеток и определения длины световой волны с помощью дифракционной решетки. Получил определённые значения с погрешностями
15302. Исследования полупроводникового резистора 52 KB
  В результате проделанной работы я получил конечные значения запрещённой зоны проводника, изучил вольт-амперную характеристику полупроводника Германия. Также получил зависимость ln R от 1000/T произведение тангенца угла наклона на постоянную Больцмана умноженное на 2 численно равно величине запирающего слоя
15303. Растровый редактор Gimp 4.09 MB
  Лабораторная работа № 5. Растровый редактор Gimp Вариант 1 Задание к лабораторной роботе: Выполнить задание по инструкции Творчески доработать картинку добавить чтото свое В отчет: Текстовый фал тема название задания скриншот картинки Файл рисунка...
15304. Творческая работа в растровом редакторе Gimp 2.44 MB
  Лабораторная работа № 5. Растровый редактор Gimp Вариант 2 Задание к лабораторной роботе: Выполнить задание по инструкции Творчески доработать картинку добавить чтото свое В отчет: Текстовый фал тема название задания скриншот картинки Файл рисун...
15305. Обработка картинки в растровом редакторе Gimp 931 KB
  Лабораторная работа № 5. Растровый редактор Gimp Вариант 3 Задание к лабораторной роботе: Выполнить задание по инструкции Творчески доработать картинку добавить чтото свое В отчет: Текстовый фал тема название задания скриншот картинки Файл рисунка...
15306. Растровый редактор Gimp. CD-диск 2.06 MB
  Лабораторная работа № 5. Растровый редактор Gimp Вариант 4 Задание к лабораторной роботе: Выполнить задание по инструкции Творчески доработать картинку добавить чтото свое В отчет: Текстовый фал тема название задания скриншот картинки Файл рисун...