Банк рефератов содержит более 364 тысяч рефератов, курсовых и дипломных работ, шпаргалок и докладов по различным дисциплинам: истории, психологии, экономике, менеджменту, философии, праву, экологии. А также изложения, сочинения по литературе, отчеты по практике, топики по английскому.
Полнотекстовый поиск
Всего работ:
364150
Теги названий
Разделы
Авиация и космонавтика (304)
Административное право (123)
Арбитражный процесс (23)
Архитектура (113)
Астрология (4)
Астрономия (4814)
Банковское дело (5227)
Безопасность жизнедеятельности (2616)
Биографии (3423)
Биология (4214)
Биология и химия (1518)
Биржевое дело (68)
Ботаника и сельское хоз-во (2836)
Бухгалтерский учет и аудит (8269)
Валютные отношения (50)
Ветеринария (50)
Военная кафедра (762)
ГДЗ (2)
География (5275)
Геодезия (30)
Геология (1222)
Геополитика (43)
Государство и право (20403)
Гражданское право и процесс (465)
Делопроизводство (19)
Деньги и кредит (108)
ЕГЭ (173)
Естествознание (96)
Журналистика (899)
ЗНО (54)
Зоология (34)
Издательское дело и полиграфия (476)
Инвестиции (106)
Иностранный язык (62792)
Информатика (3562)
Информатика, программирование (6444)
Исторические личности (2165)
История (21320)
История техники (766)
Кибернетика (64)
Коммуникации и связь (3145)
Компьютерные науки (60)
Косметология (17)
Краеведение и этнография (588)
Краткое содержание произведений (1000)
Криминалистика (106)
Криминология (48)
Криптология (3)
Кулинария (1167)
Культура и искусство (8485)
Культурология (537)
Литература : зарубежная (2044)
Литература и русский язык (11657)
Логика (532)
Логистика (21)
Маркетинг (7985)
Математика (3721)
Медицина, здоровье (10549)
Медицинские науки (88)
Международное публичное право (58)
Международное частное право (36)
Международные отношения (2257)
Менеджмент (12491)
Металлургия (91)
Москвоведение (797)
Музыка (1338)
Муниципальное право (24)
Налоги, налогообложение (214)
Наука и техника (1141)
Начертательная геометрия (3)
Оккультизм и уфология (8)
Остальные рефераты (21697)
Педагогика (7850)
Политология (3801)
Право (682)
Право, юриспруденция (2881)
Предпринимательство (475)
Прикладные науки (1)
Промышленность, производство (7100)
Психология (8694)
психология, педагогика (4121)
Радиоэлектроника (443)
Реклама (952)
Религия и мифология (2967)
Риторика (23)
Сексология (748)
Социология (4876)
Статистика (95)
Страхование (107)
Строительные науки (7)
Строительство (2004)
Схемотехника (15)
Таможенная система (663)
Теория государства и права (240)
Теория организации (39)
Теплотехника (25)
Технология (624)
Товароведение (16)
Транспорт (2652)
Трудовое право (136)
Туризм (90)
Уголовное право и процесс (406)
Управление (95)
Управленческие науки (24)
Физика (3463)
Физкультура и спорт (4482)
Философия (7216)
Финансовые науки (4592)
Финансы (5386)
Фотография (3)
Химия (2244)
Хозяйственное право (23)
Цифровые устройства (29)
Экологическое право (35)
Экология (4517)
Экономика (20645)
Экономико-математическое моделирование (666)
Экономическая география (119)
Экономическая теория (2573)
Этика (889)
Юриспруденция (288)
Языковедение (148)
Языкознание, филология (1140)

Реферат: Конструкции элементов полупроводниковых микросхем на МДП-транзисторах

Название: Конструкции элементов полупроводниковых микросхем на МДП-транзисторах
Раздел: Рефераты по коммуникации и связи
Тип: реферат Добавлен 01:55:26 27 февраля 2009 Похожие работы
Просмотров: 434 Комментариев: 2 Оценило: 1 человек Средний балл: 4 Оценка: неизвестно     Скачать

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Кафедра РЭС

РЕФЕРАТ

На тему:

«КОНСТРУКЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МИКРОСХЕМ НА МДП-ТРАНЗИСТОРАХ»

МИНСК, 2008


Интегральные микросхемы на транзисторах со структурой металл - диэлектрик - полупроводник получили широкое распространение, и их производство составляет значительную долю продукции электронной промышленности. Они занимают доминирующее положение при выпуске таких изделий микроэлектроники, как полупроводниковые оперативные и постоянные запоминающие устройства, БИС электронных микрокалькуляторов, БИС микропроцессорных наборов.

ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ И КЛАССИФИКАЦИЯ 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 транзисторов основано на перемещении только основных носителей заряда в полупроводниковом материале, в связи с чем эти транзисторы называют униполярными в отличие от биполярных, использующих оба типа носителей.

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

В то же время БИС на МДП-транзисторах уступают БИС на биполярных транзисторах в технологической воспроизводимости, стабильности параметров и быстродействии.

МДП-транзистор имеет четыре электрода: исток, сток, затвор и подложку. Полупроводниковая область, от которой начинается дрейф основных носителей, называется истоком, область, в которой осуществляется дрейф основных носителей и амплитудная модуляция дрейфового тока,-каналом, область, к которой под действием поля движутся (дрейфуют) основные носители, - стоком, металлическая или полупроводниковая область, используемая для создания модуляции дрейфового тока, - затвором. Подложка является конструктивной основой МДП-транзистора.

Рис.1. Конструкция МДП транзистора

Области истока и стока одного типа электропроводности формируют на некотором расстоянии /к друг от друга локальной диффузией или ионным легированием (рис.1). Они изолированы друг от друга р-п переходами. Между ними поверх слоя диэлектрика расположен затвор, выполненный из проводящего материала.

Принцип действия МДП-транзистора основан на эффекте модуляции электропроводности поверхностного слоя полупроводникового материала, расположенного между истоком и стоком. Этот эффект вызывают наложением поперечного электрического поля в пространстве между проводящим затвором и полупроводниковым материалом (подложкой) за счет напряжения, подаваемого на затвор. Тип электропроводности канала обязательно совпадает с типом электропроводности областей истока и стока. Так как тип электропроводности истока, стока и канала противоположен типу электропроводности подложки, то сток, исток и канал образуют с подложкой р-п переход. В зависимости от типа основных носителей тока в канале различают п-канальные и р-канальные МДП-транзисторы. По конструктивно-технологическому исполнению МДП-транзисторы подразделяют на две разновидности: со встроенным и с индуцированным каналами (рис.2). Встроенный канал предусмотрен конструктивно и создается на этапе производства транзистора легированием при поверхностной области между истоком и стоком. Создавая электрическое поле в структуре металл - диэлектрик - полупроводник, можно управлять электропроводностью канала и соответственно током, протекающим между истоком и стоком. Так, при отрицательном относительно n-канала напряжении на затворе в канале у границы полупроводника с диэлектриком концентрация электронов снижается и проводимость канала уменьшается (режим обеднения) (рис.2, а). В р-канальном МДП-транзисторе в зависимости от величины и полярности напряжения на затворе наблюдается обеднение (u3>0) или обогащение (u3<0) канала дырками (рис.2, б).

В МДП-транзисторе с индуцированным каналом (рис.2, в) при нулевом напряжении на затворе канал отсутствует.

Рассмотрим качественно принцип действия транзистора с индуцированным каналом n-типа (рис.2, в). Пусть транзистор включен так, что на подложку подается самый отрицательный потенциал, а на затвор 0. В результате р-п переходы исток - подложка и сток - подложка будут смещены в обратном направлении. Ток через обратносмещенный р-n переход мал, что соответствует высокому сопротивлению между областями исток - сток.

Рис.2. Структуры и условные обозначения МДП-транзисторов: со встроенными п-(а) и р-каналом (б), с индуцированными л-(в) и р-каналом (г); И - исток; 3 - затвор; С - сток; П – подложка.

И если к областям исток - сток подключить питание, ток носителей от истока к стоку будет ничтожно мал, т.е. транзистор будет закрыт. Обратим внимание на то, что структура затвор - диэлектрик - полупроводник подобна конденсаторной структуре, и приложим к затвору положительный потенциал. Под его действием в окисле и тонком приповерхностном слое проводника будет создано электрическое поле с напряженностью, пропорциональной напряжению на затворе и обратно пропорциональной толщине диэлектрика. Под действием этого поля электроны, имеющиеся в подложке, будут притягиваться к поверхности полупроводника, а дырки отталкиваться. Тем самым будет изменяться концентрация носителей в тонком приповерхностном слое (4...5 нм) полупроводника между областями исток - сток. Вначале образуется слой, обедненный акцепторами, а затем, по мере роста положительного смещения на затворе, инверсионный слой электронов. При некотором напряжении на затворе, именуемом пороговым (Uo), между истоком и стоком образуется проводящая область - канал - с очень низким сопротивлением. Транзистор будет открыт. После этого ток стока принимает определенное значение при определенном напряжении на затворе. Поскольку входной управляющий ток (в цепи затвора) ничтожно мал по сравнению с управляемым (в цепи исток - сток), получается значительное усиление мощности, гораздо большее, чем у биполярных транзисторов. МДП-транзистор является эффективным усилительным прибором.

Электрическое сопротивление канала зависит от его длины и ширины, оно модулируется напряжением на затворе и3 и зависит от напряженности наведенного поля в полупроводнике, обратно пропорционально толщине диэлектрика и прямо пропорционально диэлектрической проницаемости диэлектрика.

Таким образом, для формирования индуцированного канала в n-канальном транзисторе на затвор необходимо подать положительное напряжение определенной величины, а в р-канальном - отрицательное. Транзисторы с индуцированным каналом работают только в режиме обогащения.

Исток и сток в принципе обратимы, и их можно менять местами при включении транзистора в схему. В этом случае при симметричной структуре транзистора (сток и исток могут различаться формой, размерами, площадью) его параметры сохраняются.

Здесь целесообразно остановиться на нежелательном явлении возникновения индуцированных каналов в полупроводниковых структурах под действием положительного электрического заряда в окисле. Этот заряд возникает при формировании окисла на поверхности полупроводникового материала любого типа проводимости и обусловлен внедрением в него из окружающей атмосферы, материалов технологической оснастки и оборудования положительных ионов щелочных и щелочноземельных металлов. Он получил название встроенный заряд. Расположение такого заряда над полупроводником р-типа электропроводности приводит к увеличению в его приповерхностном слое числа электронов и уменьшению концентрации дырок. При значительной величине встроенного заряда и малой концентрации акцепторной примеси в полупроводнике это приводит к самопроизвольному образованию вблизи границы окисел - полупроводник индуцированного канала. Именно это явление долгое время препятствовало созданию эффективной технологии производства микросхем на n-канальных МДП-транзисторах. Получалось, что некоторые (или даже все) транзисторы оказывались во включенном состоянии в отсутствие потенциала на затворе. При производстве микросхем на р-канальных транзисторах встроенный заряд в окисле вызывает некоторое обогащение поверхности полупроводника электронами и несколько повышает отрицательное напряжение на затворе, необходимое для формирования канала р-типа электропроводности. Именно благодаря этому первые МДП-микросхемы были созданы на р-канальных транзисторах, хотя заранее было известно об их сравнительно небольшом быстродействии, так как дырки в кремнии менее подвижны, чем электроны.

Образование индуцированных каналов в областях р-типа электропроводности часто препятствует формированию работоспособных структур и в технологии изготовления микросхем на биполярных транзисторах.

Для борьбы со встроенным зарядом с целью снижения концентрации в окисле положительных ионов принимаются различные конструктивные и технологические меры: покрытие окисла тонким слоем гетерирующего ионы щелочных и щелочноземельных металлов фосфоросиликатного стекла (1...4% Р2О5), проведение процесса формирования окисла в хлорсодержащей среде и др. Очень важны с точки зрения производства структур, исключающих самопроизвольное формирование индуцированных каналов, соблюдение требований гигиены производственных помещений, технологического оборудования и обслуживающего персонала.

Помимо деления МДП-транзисторов по основному признаку - способу формирования и типу электропроводности проводящего канала - существует и более детальная классификация, учитывающая конструктивно-технологическое исполнение МДП-транзисторов, например, по материалу затвора (с алюминиевыми, молибденовыми, поликремниевыми затворами); сочетанию с другими элементами в микросхеме, например комплементарные МДП-транзисторы (КМДП-транзисторы), т.е. взаимодополняющие, сформированные в одном кристалле р - и п-канальные транзисторы; по функциям, выполняемым в схеме, например активные и нагрузочные транзисторы.

Нагрузочные МДП-транзисторы используют в составе микросхем в качестве резисторов. Необходимое значение сопротивления канала этих транзисторов создается конструктивно (выбором геометрических размеров канала) и схемотехнически (подачей на его затвор потенциала определенной величины).

Каждый из четырех типов МДП-транзисторов (рис.5.2) может быть использован в качестве нагрузки, а его подложка присоединена к источнику питания или нулевой шине. Затвор же 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 в инверторе.

Базовой схемой многих МДП-микросхем является инвертор - ключевая схема, содержащая активный транзистор и нагрузку, включенные между шиной питания и землей. С учетом 48 вариантов использования МДП-транзистора в качестве нагрузки и четырех вариантов схемного включения активного транзистора существует 192 варианта построения инверторов на основе двух МДП-транзисторов. В настоящее время используются лишь немногие из них: с линейной, нелинейной, квазилинейной, токостабилизирующей нагрузками и вариант инвертора на КМДП-транзисторах (рис.3, а).

Некоторые из этих вариантов в дальнейшем нами будут рассмотрены с точки зрения конструктивного и технологического их исполнения.

МДП-транзисторы могут служить в схеме и в качестве конденсаторов, для чего можно использовать емкости структур затвор - подложка или емкости обратносмещенных р-п переходов сток (исток) - подложка.

Таким образом, МДП-транзистор может быть основным и единственным элементом, МДП-транзистор может быть основным и единственным элементом МДП-микросхем. Он может выполнять функции - как активных приборов (ключевой транзистор в инверторе, усилительный транзистор), так и пассивных элементов (нагрузочный транзистор в инверторе, конденсатор в элементе памяти). При проектировании МДП-микросхем можно обходиться только одним элементом - МДП-транзистором, конструктивные размеры которого и схема включения будут зависеть от выполняемой функции.


Рис.3. Электрическая схема инвертора с входной шиной, подключенной к охранным диодам (а), и конструкция шины с охранными диодами (б).

Это обстоятельство дает существенный выигрыш в степени интеграции (полупроводниковые резисторы и конденсаторы занимают большую площадь и требуют для себя отдельную изолированную область, кроме того, наличие пассивных полупроводниковых элементов влечет за собой появление дополнительных паразитных элементов, в частности паразитных емкостей, существенно ухудшающих частотные свойства микросхем).

ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ МДП-МИКРОСХЕМ

Вспомогательные элементы в МДП-микросхемах предусматриваются для защиты приборов от воздействия статического электричества в процессе их производства и эксплуатации, а также для борьбы с паразитными каналами.

Охранные диоды предусматриваются во входных цепях МДП-микросхем и предназначены для предотвращения пробоя подзатворного диэлектрика под действием зарядов статического электричества, накапливающегося на одежде и руках операторов, на инструменте монтажника и технологической оснастке. Заряд этот может быть любого знака. Диоды VD1 и VD2 (см. рис 3), подключенные к входной шине инвертора, позволяют положительному заряду стекать через диод VD1, а отрицательному - через диод VD2. При проектировании охранных диодов необходимо обеспечить высокое напряжение прибоя р-п переходов диодов (более 2Uи. п) и малые паразитные емкости. Первое требование выполняется использованием в качестве одной из областей диода VD1 низколегированной подложки, а для диода VD2 - низколегированной р-области. Второе требование выполняют минимизацией площади р-п переходов.

Недостатками рассмотренной схемы защиты и конструкций охранных диодов являются уменьшение входного сопротивления МДП-микросхемы и появление входного тока утечки, а также то, что при Uвх > Uи. п. через входную цепь могут протекать большие токи, что приводит к разрушению диодов. Часто используют и более простые схемы защиты с одним охранным диодом (рис.4).

Охранные кольца. При наличии положительного встроенного заряда в толстом окисле и положительного потенциала на алюминиевых шинах разводки создаются условия для формирования паразитного индуцированного и-канала в приповерхностных участках кремния р-типа электропроводности с низким уровнем легирования. Увеличение толщины диэлектрика hт.д. (рис.1) над опасными участками не всегда возможно и не всегда гарантирует отсутствие паразитного канала.

Рис.4. Конструкция n-канального транзистора с охранным диодом: l-подложка г-типа; 2, 7-алюминиевые шины; 3, 6-области истока и стока; 4-алюминиевый затвор; 5 - подзатворный окисел; 8 - контакт истока с подложкой; 9 - охранный диод; 10 - катод защитного диода; 11-толстый окисел.

Рис.5. Охранные кольца в структуре инвертора с п - и р-ка-нальным транзисторами: l - область формирования пара-зитного канала р-типа; 2 - область формирования паразитного канала п-типа; 3-n+-области охранного кольца; 4-p+-области охранного кольца.

Эффективным средством против возникновения сквозных паразитных каналов является формирование кольцевой каналоограничивающей р+-области, в которой инверсия проводимости вследствие высокого уровня легирования поверхности практически невозможна. Для полного исключения возможности формирования паразитного канала на р+-область охранного кольца можно подать самый низкий потенциал схемы (рис.5).

Паразитный р-канал может образоваться между р+-областью истока р-канального транзистора и p-областью, в которой расположен n-канальный транзистор, при отрицательном потенциале на алюминиевом проводнике. Вероятность появления этого канала тем выше, чем ниже уровень легирования n-подложки. Охранная кольцевая область n+-типа, соединенная с точкой схемы, имеющей самый высокий потенциал (+Uи. п), предотвращает появление сквозного паразитного канала на этом участке схемы.

Применение охранных колец существенно увеличивает площадь элементов и снижает степень интеграции МДП-микросхем.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ненашев А.П. Конструирование радиоэлектронных средств: Учеб. для радиотехнических спец. вузов. – Мн.: Высшая школа, 2000.

2. Основы конструирования изделий радиоэлектроники: Учеб. пособие / Ж.С. Воробьева, Н.С. Образцов, И.Н. Цырельчук и др. – Мн.: БГУИР, 2001

Оценить/Добавить комментарий
Имя
Оценка
Комментарии:
Где скачать еще рефератов? Здесь: letsdoit777.blogspot.com
Евгений06:51:32 19 марта 2016
Кто еще хочет зарабатывать от 9000 рублей в день "Чистых Денег"? Узнайте как: business1777.blogspot.com ! Cпециально для студентов!
16:16:28 25 ноября 2015

Работы, похожие на Реферат: Конструкции элементов полупроводниковых микросхем на МДП-транзисторах

Назад
Меню
Главная
Рефераты
Благодарности
Опрос
Станете ли вы заказывать работу за деньги, если не найдете ее в Интернете?

Да, в любом случае.
Да, но только в случае крайней необходимости.
Возможно, в зависимости от цены.
Нет, напишу его сам.
Нет, забью.



Результаты(150315)
Комментарии (1830)
Copyright © 2005-2016 BestReferat.ru bestreferat@mail.ru       реклама на сайте

Рейтинг@Mail.ru