Физика полупроводниковых приборов Книга 2 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
значений.
Очевидным недостатком структур с заглубленным каналом, особенно
существенным для приборов с субмикронными разме-
72
Глава 8
2,0
rj = 0 мкм
Рис. 54. Расчетные (-----) и
экспериментальные (- -х-) зависимости порогового напряжения от длины
канала при различных значе* ниях глубины перехода, На вставке показан
МОП-транзистор g заглубленным каналом [611.
0 1 2 3 4 5 6
Длина канала, мкм
рами, являются технологические трудности, возникающие при формировании
требуемой "канавки". Кроме того, в такой геометрии плохо контролируется
толщина окисла в "углах" А и Б, которая определяет пороговое напряжение
транзистора. Отметим также, что в структурах с заглубленным каналом можно
ожидать повышенную скорость зарядки окисла в результате более интенсивной
инжекции горячих электронов.
8.5.5. Барьеры Шоттки в качестве стока и истока
Использование барьеров Шоттки в качестве стока и истока МОП-транзисторов
имеет ряд достоинств с точки зрения рабочих характеристик приборов и
технологии их изготовления. Схематически такая МОП-структура показана на
рис. 55, а [62]. Барьеры Шоттки имеют сравнительно малую толщину
перехода, что весьма благоприятно для минимизации короткоканальных
эффектов. Высокая проводимость контактов Шоттки также обеспечивает
достаточно малую величину эффективного последовательного сопротивления
истока. С точки зрения технологии исключение ряда высокотемпературных
операций способствует повышению качества окисного слоя и облегчает
воспроизведение геометрии структуры. Кроме того, МОП-транзисторы с
барьерами Шоттки могут быть изготовлены на полупроводниках (таких, как,
например, CdS), в которых не удается получить достаточно качественных р-
я-переходов.
М О П - транзисторы
73
Рис. 55. МОП-транзистор с барьерами Шоттки в качестве стока и истока
[62].
а - схема поперечного разреза прибора; б, в иг - зонные диаграммы при
различных комбинациях напряжений на электродах.
На рис. 55, б приведена зонная диаграмма структуры в условиях
термодинамического равновесия (VG - VD = 0). Здесь <7Фвп - высота
энергетического барьера между металлом и п-подложкой (например, для
контакта PtSi-Si q<$Bn = 0,85 эВ). Когда напряжение на затворе достаточно
велико, чтобы инвертировать приповерхностную область полупроводника от п-
типа к /?-типу (рис. 55, в), энергетический барьер между истоком и
инверсионным слоем равен уже q(pBp = 0,25 эВ (для того же контакта PtSi-
Si). Термоионная эмиссия через такой малый барьер поставляет достаточное
число дырок в инверсионный слой структуры, где они увлекаются
электрическим полем к контакту Шоттки стока (рис. 55, г). Отметим, что в
этом рабочем режиме прибора барьер Шоттки истока оказывается
обратносмещенным. При комнатных температурах плотность термоионного тока
через барьер высотой 0,25 эВ составляет ~103 А*см~^. При необходи-
74
Глава 8
мости ее увеличения следует использовать контакты Шоттки с большей
высотой энергетического барьера по отношению к я* кремнию. Изготовление
аналогичных МОП-транзисторов на /7-подложке (с л-каналом) в настоящее
время представляет большие трудности, поскольку еще не найдены контакты
Шоттки с достаточно большой высотой энергетического барьера по отношению
к /?-кремнию.
8.5.6, Тонкопленочный транзистор
Тонкопленочный транзистор (ТПТ) схематически изображен на рис. 56
(вставка). Его структуру составляют последовательно нанесенные на
изолирующую подложку слои полупроводника (например, CdS), диэлектрика и
металла [63]. Вольт-амперные характеристики ТПТ обогащенного типа (рис.
56) подобны соответствующим характеристикам обычных МОП-транзисторов.
Поскольку полупроводниковая пленка в ТПТ обычно наносится простым
распылением, в ней содержится значительно большее число дефектов и
нарушений кристаллической решетки, чем в соответствующих
монокристаллпческих образцах. Поэтому транспортные процессы в таких
пленках более сложны, чем в моно-
МОП-транзисторы
75
кристаллах. Для улучшения приборных характеристик ТПТ, надежности и
воспроизводимости следует снижать плотность объемных и поверхностных
ловушек в полупроводниковой пленке.
8.5.7. Структуры типа "кремний на изоляторе" (КНИ)
К настоящему времени предложено довольно большое число структур типа
"кремний на изоляторе" (КНИ): кремний на сапфире (КНС), кремний на
шпинели, кремний на нитриде и кремний на окисле. КНИ-приборы формируются
по стандартной МОП-технологии на монокристаллической кремниевой пленке,
эпитаксиально выращенной на изолирующей подложке (например, на А1203 в
случае КНС) [64]. Схема такой структуры приведена на рис. 57, а.
Диэлектрическая подложка обеспечивает электрическую изоляцию соседних
приборов. КНИ*структуры имеют низкие паразитные емкости, что обеспечивает
высокое быстродействие этих приборов. Типичные характеристики л-
канального КНС-прибора показаны на рис. 57, б. Перегибы в области
насыщения характеристик можно объяснить следующим образом. Когда
напряжение стока увеличивается, в области вблизи стокового контакта
