Конструкция и принципы работы мдп-транзисторов с индуцированным каналом.
Основная структура МДП-транзисторов показана на рис.1. Этот четырёх полюсный прибор состоит из полупроводниковой слаболегированной подложки p-типа, в которой сформированы с помощью ионной имплантации, две высоколегированныеn-области – сток (1) и исток (2). Металлический электрод, отделённый от подложки слоем окисла называется затвором 7. 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 электронов, определяя ширину канала.
Под разделительными областями 8 расположены сильно легированные слои 9 р-типа, предотвращающие образование инверсных слоевn-типа, которые могли бы вызвать паразитную связь между соседними транзисторами, например, между областями 2 и 2'.
Рис 1. Структура n-канального мдп-транзистора с индуцированным каналом.
В основе МДП-транзисторов лежит электрическое поле. Наибольшее распространение получили МДП-транзисторы с индуцированным каналом. В транзисторах этого типа канал изначально отсутствует при Uз=0, но при приложении некоторогоUпорог 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, и т.д.).
В дальнейшем все напряжения будем отсчитывать от потенциала истока (т.е. считать его заземлённым).
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, соединяющийn-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 смещениюp-n+–перехода исток-подложка. Напряжение обратного смещения подложки также влияет на проводимость инверсионного канала.
Топология.
Основным этапом проектирования топологического чертежа интегральной схемы является разработка топологии отдельных компонентов. Топология МДП - транзистора определяется шириной канала Z, она не велика по сравнению с длиной каналаL, т.е.Z/L<10, то используется линейная конфигурация областей истока, стока и затвора. ЕслиZ/L>10, то в целях создания компактной структуры, затвор рекомендуется выполнять в виде меандра, а области истока и стока тогда будут иметьгребенчатую конфигурацию. Типичная топология МДП-транзистора приведена на (рис.2) . Разрез А-А такого транзистора показан на рис.1. Контуры 2 образуют окна в разделительном слое 8 (рис. 1), определяющиеместа расположения транзисторов. Контур 1 представляет собой топологию поликремневого затвора 6.В общем случае диффузионные области истока 1 и стока 2 (рис. 1),отмеченные на (рис.2) цифрой 6, могут проникать под область затвора, образуя области перекрытия 3. Контуры 4 представляют собой контактные отверстия в окисле для вывода металлических контактов 5 к соединениям схемы.
5 1 5
2
L
А А