Физика полупроводниковых приборов Книга 2 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
изменение характеристики МОП-транзистора [51].
(1) - ток в канале; (2) горячие электроны; (3) - электронно-дырочная
плазма ла" винного пробоя.
66
Глава 8
Рис. 50. Зависимость предельных напряжений стока от длины канала при
различных эффектах [52].
Длина канала, мкм
сти в канале. Кроме того, возрастают подпороговые токи прибора вследствие
увеличения плотности поверхностных состояний.
Зарядка окисла оказывает существенное влияние на стабильность работы МОП-
транзистора и в конечном счете определяет срок его службы, поскольку этот
процесс приводит к непрерывной деградации рабочих характеристик прибора.
Для замедления деградации и тем самым увеличения срока службы прибора
приходится ограничивать максимальную амплитуду рабочих напряжений МОП-
транзистора. Из графиков, приведенных на рис. 50, можно выявить влияние
рассмотренных выше механизмов на предельные напряжения стока [52]. Эти
зависимости получены для некоторых определенных значений параметров
прибора (d, Г/, NA). При ином выборе этих параметров относительная роль
рассмотренных механизмов может, естественно, изменяться.
Для устранения эффекта паразитного транзистора следует уменьшать
сопротивление подложки Rsub> так чтобы произведение тока подложки на это
сопротивление не превышало напряжения 0,6 В, требуемого для открывания
истока, когда напряжение на стоке равно или превышает соответствующее
напряжение BVCE0. При этом напряжение пробоя короткоканального МОП-
транзистора уже не ограничивается величиной BVCeo и прибор может работать
при более высоких напряжениях, что обеспечивает большую надежность [50].
Чтобы уменьшить зарядку окисла, следует уменьшать плотность электронных
ловушек в Si02 [531.
МОП •транзисторы
67
Для увеличения напряжения смыкания применяют одно- или даже двукратно
ионно-импланированные структуры е повышенным легированием
приповерхностной области подложки. Некоторые из них рассмотрены в разд.
8.5.
8.5. МОП-ТРАНЗИСТОРНЫЕ СТРУКТУРЫ
Для улучшения рабочих характеристик МОП-транзисторов (повышения
быстродействия, уменьшения энергопотребления, повышения надежности и
уровня переключаемых мощностей) в настоящее время предложено большое
число разнообразных структурных решений. Ниже рассмотрены некоторые
наиболее типичные и употребительные из этих структур.
8.5.1. Масштабное уменьшение размеров
Как уже говорилось выше, короткоканальные эффекты, ухудшают рабочие
характеристики МОП-транзисторов и поэтому нежелательны. Одним из способов
устранения этих эффектов является пропорциональное уменьшение всех
характерных размеров прибора. При этом следует во столько же раз
уменьшить и характерные значения рабочих напряжений, с тем чтобы внешние
электрические поля в приборе оставались на прежнем уровне. Такое
масштабное уменьшение размеров представляет собой простейший подход к
проблеме миниатюризации МОП-транзисторов.
На рис. 51, а показан обычный прибор, а на рис. 51, б - прибор, все
характерные размеры которого (толщина окисла, длина и ширина канала,
размеры п+-р-переходов) [54] уменьшены в х раз (х - масштабный фактор).
Уровень легирования подложки во втором приборе в х раз больше, чем в
обычном приборе, и, поскольку питающие напряжения также уменьшены в х
раз, толщина соответствующих обедненных областей оказывается в к раз
меньше. На рис. 51, в приведены сток-затворные характеристики обоих
приборов. Отметим, что пороговое напряжение масштабно уменьшенной
структуры также уменьшилось в к раз. Такое пропорциональное уменьшение
характерных размеров отдельного прибора увеличивает плотность компоновки
приборов на кристалле в х2 раз, уменьшает характерные времена задержки
(увеличивает быстродействие) в х раз и уменьшает мощность, рассеиваемую в
отдельном приборе, в х2 раз.
Обратим внимание на то, что область подпороговых токов на характеристиках
обоих приборов (рис. 51, в) практически одинакова. Это неудивительно,
поскольку при таком масштабном преобразовании характерное напряжение S ~
(1 + СВ!СЬ) остается неизменным (емкости CD и С,- увеличились в х раз).
Отметим также, что контактная разность переходов Vib и характерный
68
Глава 8
п vd/x ,
iLW*
WD Wvl 7
-Al/z I**- 1
Легирование zN,
a
-D
Рис. 51. Пропорциональное
уменьшение размеров как
принцип миниатюризации [54].
а - длинноканальный прибор? б - прибор с пропорционально уменьшенными
размерами; в стоковые характеристики.
поверхностный потенциал \|эв не уменьшаются при таком "масштабировании",
а даже увеличиваются (на ~10 % при увеличении уровня легирования в 10
раз). Поэтому не изменяется и характерная разность затворных напряжений
(~0,б В), соответствующих началу сильной инверсии и режиму обеднения.
Паразитные емкости при таком масштабном уменьшении размеров могут и не
уменьшиться. Сопротивление шин разводки обычно увеличивается с
уменьшением размеров.
Большую "гибкость" в решении вопросов миниатюризации допускает подход,
основанный на использовании эмпирического соотношения (83) [41 ]. В этом
