Запорожец  Издания 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 [ 51 ] 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193

2.16. МОП-транзистор с коротким каналом. В МОП-транзисторе с коротким каналом напряженность электрического поля, создаваемого в канале напряжением исток-сток, настолько велика, что носители заряда дви-жутся со скоростями дрейфа, близкими к скорости насыщения wsat. Суммарный подвижный заряд в канале равен = Сох iVGH - Vthr). где

Сох - емкость затвор-канал, Vthr - пороговое напряжение. Ток исток

сток равен Ids - Qch/hr, где tr - время пролета между j-ctokom и стоком которое приближенно определяется как (г = -sati-- длина канала)!

а) Показать, что ток / определяется выражением I= gg (gg- V где gfs= (fox ох v.,at и U7 -ширина канала,

б) В .МОП-транзисторе с коротким каналом толщина подзатворного окисла ох~ Найти ,5 на 1 см ширины канала. При расчете использовать pf ох= 3,8 и Vssit = !• 10° см/с для электронов в л-канале. (Ответ-33,6 См/см.)

в) МОП-транзистор с V-образными канавками размещен на кристалле размером 1 мм X 1 мм. Канавки расположены с шагом 40 мкм. Найти

транзистора при указанных выше значениях параметров. (Ответ: 168 См.)

г) Транзистор, упо.мянутый в пункте (в), имеет пороговое напряжение -f2,0 В. Найти ток Ips при Vas=+12 В, (Ответ, Ids= 1,68 А.)

д) В упомянутом выше МОП-транзисторе глубина г1+-области истока составляет 2,0 мкм. Найти емкость затвор-исток Cgg. (Ответ: 41 пФ,)

2.17. Полевой транзистор с рп-переходом и с имплантированным р-каналом, р-канал в полевом транзисторе с рл-переходом сформирован имплантацией ионов бора в эпитаксиальный л-слой (рис. 2.25, в).

а) Показать, что напряжение отсечки Vp этого транзистора приближенно определяется выражением Vp = qff/2sNp - Vcp, где ц> - доза имплантации, Np - концентрация примеси в эпнтаксиальном слое, Vcp - контактный потенциал,

б) Найти, какая требуется доза имплантации, чтобы получить транзистор с напряжением отсечки --4,0 В, если Np - ЫО* см~ (0,6 Ом-см) и Vcp = 0,8 В, (Ответ: (р = 7,91-10" см-.)

в) Зная, что средняя подвижность дырок в имплантированном слое составляет 200 см/(В.с), найти поверхностное сопротивление этого слоя. Принять, что напряжение смещения затвор-канал обеспечивает минимальное сопротивление канала (т. е. переход находится либо при нулевом, либо при небольшом прямом смещении). (Ответ: 39 454 Ом/ква-драт.)

г) Найти rg (ON) dssSjsO длина канала 8 мкм, а ширина 160 мкм. Для нахождения Ipss можно использовать следующее приближенное соотношение: Idss~~р/ids (ON)]- (Ответ: 1973 Ом, -0,676 мА, 0,338 мСм.)

д) Выполнить предыдущие задания для Np - 1-10 см" (0,09 Ом-см). (Ответ: ф= 2,502-10 см-, Rg = 12 476 Ом/квадрат, ,ON)= 624 0м, Idss= -2,14 мА, gfsO= 1,069 мСм.)

е) Спроектировать транзистор, удовлетворяющий следующему техническому заданию: Vp = -j-2,2 В и Ipss = -100 мкА. Концентрация примеси в эпитаксиальном слое -ЫО- см" (0,6 Ом-см), длина канала 10 мкм. Определить дозу имплантации ц> и ширину канала W. Принять, что средняя подвижность дырок в р-канале 200 cmV(B.c), контактный потенциал 0,8 В. (Ответ: ф = 6,25-10" см-, 1Г = 50 мкм.)

2.18. МОП-транзистор с ионно-легированным каналом, работающий с обеднением. МОП-транзистор с обеднением может быть получен путем модификации структуры, показанной на рис. 2.25, в: поверх имплантированного р-канала осаждают тонкий оксидный слой, а на него наносят электрод



затвора, р-канал формируется путем имплантации малой дозы низко-энергетических ионов бора и последующего низкотемпературного (~7(Ю "С) отжига, в процессе которого происходит активация имплантированных ионов-их проникновение в узлы кристаллической решетки кремния.

а) Показать, что напряжение отсечки транзистора приближенно определяется выражением Vp = (9Фох/еох)~ СР> где ф - доза имплантации, а Vcp - контактный потенциал затвор-кремний (обычно лежащий в пределах от О до 0,5 В).

б) Найти дозу имплантации ф, необходимую для получения напряжения отсечки +4,0 В, если толщина окисла ох= 80 нм. Принять, что Vcp « О, как в случае прибора с кремниевым затвором. (Ответ: 1,05-1012 см-2.)

в) Найти минимальное (т. е. при Vas = 0) поверхностное сопротивление р-канала. Принять, что средняя подвижность дырок в канале 200 см2/(В-с). (Ответ: 29,74 кОм/квадрат.)

г) Найти rs (ON) DSS Sfso> " длина канала L = 8,0 мкм, а ширина W = АО мкм. (Ответ: 5,55 кОм, 224 мкА, 112 мкСм.)

д) Показать, что справедливы приближенные выражения Idss * (eoxii /ох-) и g,o « /з (eo,fiir/;„,Z.) Vp.

е) Сравнить данный транзистор с транзистором, рассмотренным в задаче 2.17. Каковы сравнительные достоинства и недостатки этих двух приборов?

9. Ионно-легированный резистор в ИС. р-слой с поверхностным сопротивлением 5000 Ом/квадрат и глубиной 2,0 мкм создается путем имплантации ионов бора с последующей разгонкой при 1150°С. Подложка легирована фосфором с концентрацией I-IO см-. Найти:

а) среднее удельное сопротивление слоя (ответ: 1,0 Ом-см);

б) поверхностную концентрацию бора (ответ: см);

в) время разгонки (ответ: 45,2 мин);

г) дозу имплантации (ответ: 3,7-10 см");

д) среднюю подвижность дырок в слое (ответ: 338 см2/(В-с));

е) время имплантации для пластины диаметром 100 мм при токе пучка 5 мкА и прямоугольном растре сканирования (ответ: 11,8 с);

ж) площадь, занимаемую на кристалле 1-МОм резистором, если ширина линии резистора 15 мкм и шаг размещения линий 15 мкм (ответ: -0,1 мм2);

з) емкость на единицу площади и суммарную паразитную емкость 1-МОм резистора при обратном смещении 10 В (ответ: 27,8 пФ/мм, 1,25 пФ);

и) предельную частоту (по уровню 3 дБ) для данного резистора (ответ: -254 кГц).

8.20. МЕП-транзистор на арсениде галлия. МЕП-транзистор на GaAs, подобный показанному на рис. 2 9, имеет канал, сформированный имплантацией малой дозы низкоэнергетических ионов и последующей операцией кратковременной разгонки и отжига.

а) Принять, что гауссово распределение примеси в канале может быть аппроксимировано прямоугольным распределением. Показать, что для напряжения отсечки в этом случае справедливо выражение Vp ~ = q<ftjz - Vcp, где ф - доза имплантации, - толщина канала, Vcp - контактный потенциал металл-полупроводник (для барьеров Шотки на GaAs он обычно составляет ~0,8 В),

б) Зная, что имплантированный канал имеет поверхностную концентрацию примеси N (0) = 2-10" см-, а на расстоянии от поверхности 0,25 мкм концентрация снижается до 2-10 см", найти:

1) дозу имплантации (ответ: 2,065-10 см");

2) напряжение отсечки, используя приближенное выражение пункта (а) при Vcp= 0,8 В и с= 0>25 мкм (для GaAs 10,9) (ответ; -7,77 В);



3) rs (on)- dss " ejso при длине канала L= 2,0 мкм и ширине ц7 = 10 мкм. Средняя подвижность электронов в канале 5000 см2/(В-с) (ответ; 121 Ом, 21 мА, 5,5 мСм);

4) минимальное время переноса исток-сток и соответствующую предельную частоту при скорости насыщения для электронов в GaAs -10 см/с (ответ: 20 пс, 8,0 ГГц).

*в) Исходя из гауссова распределения примеси в канале и используя уравнение Пуассона, составить программу машинного расчета напряжения отсечки. Найти напряжение отсечки и сравнить полученное значение с приближенным результатом пункта (б, 2),

ЛИТЕРАТУРА

Bar-Lev А. Semiconductors and Electronic Devices, Prentice-Hall, 1984. Burger R. M., Donovan R, P. Fundamentals of Silicon Integrated Circuit Device

Technology, Vol. 1, Prentice-Hall, 1967. Camemind H. R. Electronic Integrated Systems Design, Van Nostrand Reinhold

1972.

Colclaser R. A. Microelectronics: Processing and Device Design, Wiley, 1980. Connelly J. A. Analog Integrated Circuits, Wiley, 1975.

Eimbinder J. Application Considerations for Linear Integrated Circuits, Wiley 1970,

Einspruch N. G. VLSI Electronics: Microstructure Science, Academic Press, 1982.

Fogiel M. Microelectronics: Basic Principles, Circuit Design, Fabrication Technology, Research and Education Association, 1972.

Ghandi S. K. The Theory and Practice of MiToelectronics, Wiley, 1968.

Glaser A. В., Subak-Sharpe G. E. Integrated Cicuit Engineering, Addison-Wesley, 1977.

Gray P. R., Meyer R. G. Analysis and Design of Analog Integrated Cicuits, Wiley, 1984.

Grebene A. B. Analog Integrated Circuit Design, Van Nostrand Reinhold, 1972. (Имеется перевод: Гребен A. Б. Проектирование аналоговых интегральных схем. - М.: Энергия, 1976.) Grove А. S. Physics and Technology of Semiconductor Devices, Wiley, 1967, Hamilton D. J., Howard W. G. Basic Integrated Circuit Engineering, McGraw-Hill, 1975,

Hnatek E. R, A Users Handbook of Integrated Circuits, Wiley, 1973.

Jabtrzebski L., Ipri A. C, Corboy J. F. «Device Characterization on Monocrystalline Silicon Grown over SiOj by the ELO (Epitaxial Lateral Overgrowth) Process*, IEEE Electron Device Letters, Vol. EDL-4, No. 2, February 1983.

Millman J. Microelectronics, McGraw-Hill, 1979,

Mortenson K. E. Variable Capacitance Diodes, Artech House, 1974.

Motorola Inc., Analysis and Design of Integrated Cicuits, McGraw-Hill, 1967.

Muller R. C. Device Electronics for Integrated Circuits, Wiley, 1977.

Oxner E. S. Power FETs and Their Applications, Prentice-Hall, 1982.

Richman P. MOS Field-Effect Transistors and Integrated Circuits, Wiley, 1973.

Sevin L. J. Field-Effect Transistors, McGraw-Hill, 1965.

Shah R. R., Evans S. A., Crosthwait D. L., Yeakley R. L. «Laser Recrystallized

Polysilicon for High Performance PL», IEEE Trans. Electron Devices, Vol.

ED-28, No, 12, December 1981. Streetman B. G. Solid State Electronic Devices, Prentice-Hall, 1980. Sze S. M. Physics of Semiconductor Devices, Wiley, 1969. Till W, C, Luxon J. T. Integrated Circuits: Materials, Devices, and Fabrication,

Prentice-Hall, 1982. Veronis A. Integratea Circuit Fabrication Technology, Reston, 1979. Wallmark J. Т., Johnson H. Field-Effect Transistors: Physics, Technology, and

Applications, Prentice-Hall, 1966, Wolf H. P. Semiconductors, Wiley, 1971.



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 [ 51 ] 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193