Студопедия

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника



Величина порогового напряжения и пути ее регулирования




Читайте также:
  1. I. средняя скорость; II. мгновенная скорость; III. вектор скорости, выраженный через проекции на оси; IV. величина (модуль) скорости.
  2. SFС — критерий порогового уровня
  3. Абсолютна величина числа позначається символом .
  4. Абсолютная величина
  5. Автоматические регуляторы. Определение закона регулирования регулятора (на примере САР теплообменника). Классификация линейных регуляторов. Нелинейный регулятор (пример)
  6. АВТОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ
  7. Активная, реактивная и полная мощности в цепях с несинусоидальными периодическими напряжениями и токами.
  8. Алгоритм регулирования ВЭД и администрирования таможенной деятельности с позиции системного анализа.
  9. Билет №1. Дискретная случайная величина, закон и функция распределения
  10. Биобезопасность: структура и правовые основы регулирования

Напряжение плоских зон МОП-структуры с алюминиевым и поликремниевым -типа затворами вне зависимости от типа и степени легированности полупроводника имеет отрицательное значение. Для полупроводника (подложки) р-типа инверсный n-канал на поверхности может возникнуть даже при нулевом потенциале на металлическом полевом электроде (затворе) при малой концентрации акцепторной примеси Na в подложке и при большой величине положительного встроенного заряда в окисле. Поэтому целесообразно рассмотреть ситуации, возникающие при подаче напряжения на затвор МОП-структуры с полупроводником n-типа до пороговой величины при которой на поверхности образуется проводящий канал р-типа (рис.4.4).

Рис.4.4иллюстрирует процесс включения (создание инверсного проводящего канала) р-канального МОПТ работающего в режиме обогащения. Если к затвору не прикладывается напряжение (рис.4.4, а), то искривление энергетических зон полупроводника обусловлено зарядом накопленных электронов , вызванным разностью работы выхода металл - полупроводник и положительным зарядом в окисле . Следовательно, для достижения условия плоских зон на затворе нужно подать отрицательный заряд такой плотности, которая сможет нейтрализовать положительный заряд в окисле (рис.4.4, б), а величина напряжения плоских зон будет определяться выражением(4.13)(4.12). При дальнейшем увеличении плотности отрицательного заряда на затворе он сможет скомпенсировать положительный заряд ионизированных доноров у поверхности, оттолкнув нейтрализовавшие его электроны в глубь полупроводника (рис.4.4, в). Для реализации этой ситуации плотность отрицательного заряда на затворе должна возрасти на величину плотности заряда обедненного слоя , которая в случае равномерного легирования подложки равна

, (4.14)

где Nn — концентрация примеси в подложке; — ширина обедненного слоя.

Проводящий канал на поверхности полупроводниковой подложки будем считать созданным, когда проводимость поверхностного слоя будет такой же, как в объеме, но обратной электропроводности. Таким образом, плотность отрицательного заряда на затворе должна увеличиться на плотность заряда канала . Заряд такой плотности сможет удерживать дырки инверсного слоя на поверхности (рис.4.4, г), обеспечивая проводимость в канале такой же, как в объеме.



Напряжение на затворе, при котором индуцируется канал инверсной электропроводности с проводимостью такой же, как в объеме, называется пороговым Uпop.

Воспользовавшись законом Гаусса, величину Uпop для длинноканальных транзисторов (длина канала много больше, чем толщина обедненных областей переходов стока или истока) можно выразить через плотности зарядов, участвующих в создании инверсного канала:

, (4.15)

где — удельная емкость затвора.

Знак "+" соответствует величине Uпop для n-канального транзистора, знак "–" — для р-канального. Раскрывая значения плотностей зарядов, входящих в выражение(4.14), и удельной емкости , величину выразим как

, (4.16)

где — плотность поверхностных состояний, .

Выражая в (4.15) ширину обедненного слоя и подставляя вместо , получим

(4.17)

Пороговое напряжение является очень важным параметром МОП-транзисторов, поскольку с его величиной связаны скорость переключения и подпороговый ток утечки. Величина зависит от материала затвора, плотности заряда на границе раздела , толщины подзатворного окисного слоя и концентрации примеси в полупроводнике. Изменяя эти параметры, можно управлять режимом работы МОПТ.



Для р-канальных МОПТ все слагаемые правой части выражения для Uпop(4.17) берем сознаком "–" (исключение составляет при использовании - поли-кремниевого затвора), а, следовательно, получаем достаточно большую отрицательную величину порогового напряжения. Чтобы уменьшить эту величину, нужно подбирать соответствующие материалы, входящие в МОП-cтруктуру, их геометрические размеры и использовать технологические приемы, позволяющие понизить положительный заряд в окисле (применение ФСС, низкотемпературный отжиг и т.д.), а также приемы позволяющие получить бездефектный тонкий окисел .

Важную роль для подгонки порогового напряжения в производстве МОП ИС играет ионное легирование примесными атомами. Атомы примеси внедряются в область канала через затворный окисел (или с большой дозой в периферийные области кристалла ИС), изменяя величину порогового напряжения. Для типовых значений параметров (Qпси Na) n-канальных МОП ИС величина порогового напряжения близка к нулю, что снижает надежность работы приборов. При ионном легировании пороговое напряжение n-канального транзистора повышается в основном за счет присутствия в выражении для Uпop величины , где — удельная плотность атомов, проникающих в кремний. Эта величина входит в выражение для Uпop как прямая добавка к члену, отражающему влияние заряда в окисле. С учетом ее выражение для напряжения плоских зон (4.12)можно записать:


Дата добавления: 2014-11-13; просмотров: 27; Нарушение авторских прав





lektsii.com - Лекции.Ком - 2014-2020 год. (0.005 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав
Главная страница Случайная страница Контакты