Недостатки МЛЭ. Низкая производительность, высокая стоимость оборудования.МЛЭ применяется для изготовления уникальных микросхем. Не используется для массового производства.

 

10.Легирование.

Легированием называется введение примесей в нужные места кристалла в определенной концентрации. Этот процесс состоит из двух стадий: первая - доставка примесных атомов не поверхность; вторая - распределение их по объёму и активизация. Примеси на поверхность или в приповерхностный слой можно подавать в виде газовой фазы, либо в виде ионов.

Вторая стадия – термодиффузия (Т = 1000 ¸ 1200 °С). Цель – формирование примесной области нужной глубины и формы. А также активация примесей, для которой необходимо чтобы атомы примеси заняли места атомов кремния в узлах кристаллической решетки. Кроме того, после ионного внедрения примесей кристаллическая решетка частично разрушается (радиационные дефекты). Во время термообработки кристаллическая решетка восстанавливается.

Процесс легирования проводят многократно, а значит, процесс диффузии также повторяется. Предыдущие легированные слои расползаются. Поэтому примеси выбирают из следующих соображений: Коэффициент диффузии у первой примеси ниже, чем у последующих: D_n1 < D_n2 < D_n3. Тогда соответственно и температуры диффузии примеси должны выбираться согласно условию: Т₃ > T₂ > T₁. При создании микроэлектронных структур происходит многократное перелегирование, поэтому концентрация первой примеси должна быть меньше последующих: N_d1 < N_d2 < N_d3, иначе перекомпенсация примеси и смена типа проводимости не произойдет.

11.Варианты травления структур.

Зачем и что подвергают травлению в микроэлектронике: слои фоторезиста для вытравливания в нем окон или для полного его удаления; окись кремния (SiO₂) на кремниевой пластине для вытравливания в ней окон или для полного ее удаления; поверхность Si подложки с целью удаления поверхностных слоев содержащих большое количество примесей и дефектов кристаллической решетки; слои различных металлов на стекле, ситалле и других подложках.

Используется два варианта травления структур: жидкостное химическое травление и травление с помощью ионной техники (ионное травление).

Жидкостное химическое травление.При ЖХТ происходит химическая реакция травимого вещества с травителем с образованием растворимого химического вещества, которое смешивается с травителем и удаляется в месте с ним.

Недостатки: при обработке увеличивается минимальная ширина линии; чтобы протравить, необходимо материал извлечь в атмосферу, что ведет к загрязнению поверхности материала сорбированными газами атмосферы; загрязнение поверхности травителем и промывочными жидкостями; подтравливание вещества под защитной маской, что ведает к увеличению минимальной ширины линии (L_min); для травления различных материалов требуются разные травящие составы.

Варианты травления с помощью ионной техники.

Ионное травление (ИТ) – удаление слоев происходит вследствие воздействия кинетической энергии ионов инертных газов.Ионное травление в свою очередь подразделяют на ионно-плазменное (ИПТ) и ионно-лучевое травление (ИЛТ).

При ИПТ между электродами газоразрядного промежутка горит тлеющий разряд в аргоне при давлениях 1-100 Па. Подложки помещают на отрицательный электрод газоразрядного промежутка. Атомы мишени выбиваются ионами аргона.Энергия, которых может составлять десятки – сотни электрон-вольт. Поскольку в тлеющем разряде напряжение и ток разряда жестко связаны с давлением газа, при использовании этого метода почти невозможно регулировать энергию ионов бомбардирующих мишень, что является одним из недостатков метода. Второй недостаток – загрязнение поверхности сорбированными газами, так как в давление в промежутке не может быть меньше одного паскаля.

При ИЛТ устраняются оба эти недостатка ИТ. Установка ионно-лучевого травления состоит из двух камер, высокого (10-100 Па) и низкого давления (10^-5-10^-7 Па). Между камерами – отверстие для прохождения ионного луча. Каждая камера имеет свою систему откачки. В высоковакуумной части установки располагается электрод с мишенями потенциал, которого можно регулировать в широких пределах, меняя тем самым энергию бомбардирующих ионов. В камере низкого вакуума – источник ионов и система фокусировки ионного луча.

К недостаткам ИЛТ можно отнести сложность и высокую цену оборудования.

Плазмохимическое травление (ПХТ)– удаление слоев в этом случае производится за счет энергии химических реакций между ионами или нейтральными атомами химически активных газов и материалом подложки. Реакция должна происходить с образованием летучих соединений. ПХТ подразделяют на плазменное и радикальное травление. При плазменном травлении подложки поменяют в плазму химически активных газов, и травление осуществляется ионами низкой энергии (1-2 Эв.). При радикальном – подложки помещаются в камере, отделенной от газоразрядного промежутка металлическими экранами либо электромагнитными полями. Травление осуществляется нейтральными атомами химически активных газов. Ионно-химическое травление (ИХТ) - в этом случае для травления используется и энергия химических реакций, и кинетическая энергия ионов химически активных газов. ИХТ, так же как и ионное травление подразделяется на реактивное ионно-плазменное (РИПТ) и реактивное ионно-лучевое (РИЛТ) травление. При реактивном ионно-плазменном травлении подложки помещаются на положительном или отрицательном электроде газоразрядного промежутка. Тлеющий разряд горит в химически активных газах при давлении 1-100 Па. При реактивном ионно-лучевом травлении подложки помещают на электрод в высоковакуумной части установки (аналогичной установке ИЛТ), а пучок химически активных ионов формируют в другой части установки при давлениях 10-100 Па.

Преимущества этого типа травления: универсальность травителя: возможность травления любых материалов одним и тем же составом ионов, меняя только их энергию; уменьшается размытие изображения по сравнению с химическими методами; отсутствует вынос подложек на атмосферу, следовательно, отсутствует загрязнение поверхности посторонними примесями.

12.Получение омических контактов.

Выполнение омического контакта – особая операция. Омический контакт должен иметь малое сопротивление и линейную вольтамперную характеристику. Если не принять ни каких мер и нанести Al на n –типа Si то получим диод Шоттки, с нелинейной вольтамперной характеристикой:

.

Но , и если z << 1, то можно ограничиться первыми членами ряда: , а это возможно тогда когда eU << kT (условие вырождения полупроводника). Это возможно при очень высокой концентрации примесей ~ 10¹⁹ -10²⁰ см^-3. При этом вольтамперная характеристика становится линейной.

.

Зонная диаграмма контакта металл – полупроводник (омический контакт):

 

L – ширина обедненной области p-n-перехода:

- для p-n-перехода.

Для контакта металл – полупроводник N^* = N_d, U_кр = eφ_м – eφ_п/п.

Так как эта обедненная область очень узкая (~ 10 Å), то электроны практически свободно туннелируют (при < 50 Å) через этот потенциальный барьер.

13.Технология производства n-p-n транзистора с изоляцией p-n переходом.

Последовательность технологических операций для проведения первой фотолитографии для изготовления окон в SiO₂ с целью последующего легирования n-типа примеси с созданием скрытого слоя: очищенную подложку окисляют (толщина окисла ~ 0,1 мкм);наносят слой фоторезиста (ФР) толщиной ~ 0,1 мкм; накладывают первую рабочую копию фотошаблонов (ФШ); поверхность освещают УФ-лучами (λ ~ 0,35 мкм);

обрабатывают ФР, вытравливают засвеченные участки ФР до SiO₂; остатки ФР являются защитной маской; сквозь окна в ФР вытравливают SiO₂ до p-Si; удаляют остатки ФР.

На поверхности кремниевой подложки остается маска из SiO₂, под защитой которой проводится первая технологическая операция – легирование n – типом примеси для создания будущего скрытого слоя (образуется n⁺– слой на поверхности).

Затем удаляют SiO₂ полностью с поверхности.

В следующей технологической операции эпитаксиальным выращиванием получают n-слой Si толщиной ~ 5-10 мкм по всей поверхности пластины.

Далее проводят вторую фотолитографию для создания окон в SiO₂ с целью проведения разделительной диффузии.

Через окна во второй маске из SiO₂ проводят легирование, но p-типом примеси (В⁺), при этом образуются карманы n-типа со скрытым n⁺-слоем на дне (будущий коллекторный слой), изолированные со всех сторон. В каждом кармане будет формироваться транзистор. Далее удаляют остатки SiO₂ с поверхности подложки и проводят третью фотолитографию: изготовление окон в SiO₂ для проведения базовой диффузии (формирование базового слоя). Через третью маску из SiO₂ проводят двустадийное легирование бором (В).

Четвертую фотолитографию производят для формирования окон с целью формирования эмиттерного слоя.

 

Диффузию мышьяка As⁺ проводят до максимальной глубины: толщина активной области базы – порядка 0,3 ¸ 0,4 мкм.

Стравливают защитную маску и проводят пятую фотолитографию для легирования части коллекторной области для изготовления омического контакта.

Шестая фотолитография является подготовительным процессом для выполнения эмиттерных, базовых и коллекторных электродов (металлизация).

Далее на всю поверхность напыляют слой алюминия Al, а заключительная седьмая фотолитография производится для создания металлической разводки элементов (только ФР).

 

 

14.Паразитные параметры n-p-n транзистора с изоляцией р-n переходом.

1. Паразитная емкость p-n перехода коллектор-подложка (C_k-п). Эта ёмкость вместе с сопротивлением коллекторного слоя (r_кол) образует R-C-цепь, подключенную к активной области коллектора, что снижает быстродействие транзистора. И оказывает существенное воздействие на работу транзистора в импульсном режиме. t = t₀ + (C_k + C_k-п) ∙ (R + r_кол) – время включения, где t –время срабатывания транзистора, t₀ – время дрейфа не основных носителей заряда (пролёта электронов) через базу, C_k – ёмкость перехода коллектор-база, C_k-п - ёмкость перехода коллектор-подложка, R-внешне сопротивление в цепи коллектора, r_кол- сопротивление коллекторного слоя.

2. Паразитный p-n-p транзистор, образованный пассивной областью базы, областью коллектора и частью подложки, расположенной под пассивной областью базы. Если основной n-p-n транзистор работает в активном режиме (активный режим – на коллектор подается обратное напряжение, на p-n-переход база- эмиттер прямое), то паразитный транзистор находится в режиме отсечки и не оказывает влияния на работу основного. В этом случае на ухудшение параметров влияет только C_k-п. Но если основной транзистор находится в инверсном режиме или в режиме насыщения (двойной инжекции), то паразитный транзистор находится в активном режиме, следовательно, часть базового тока основного транзистора уходит в подложку. Вследствие этого растет потребляемая мощность при работе транзистора в ключевом режиме. В активном режиме работы транзистора ухудшает его параметры только емкость перехода коллектор-подложка, в которой можно выделить две составляющие: емкость боковой поверхности (С_{бок. ст.}) и ёмкость донной части p-n перехода коллекторный слой подложка (C_дна). C_к-п = C_дна + С_{бок. ст.} при чём C_дна < С_{бок. ст.}

Удельные ёмкости этих частей транзистора равны: С_{уд (дно)} ≈ 100 пФ / мм². С_{уд (ст)} ≈ 250 пФ / мм². Так как концентрация примеси по мере приближения к поверхности увеличивается, то уменьшается толщина обедненного слоя p-n перехода где: U_кр - контактная разность потенциалов на p-n переходе, N^*= N_d N_A / N_d + N_A. Величина L^* определяет величину барьерной ёмкости p-n перехода C = εε₀S/L, ёмкость увеличивается при уменьшении N^*. А поскольку концентрация примесей на боковых частях транзистора существенно выше, чем на донной части то это и предопределило использование комбинированного способа изоляции элементов интегральных схем.

 

15.Работа n-p-n транзистора в режиме ключа.

Основой цифровых логических схем является электронный ключ.

Рабочими состояниями транзистора в ключевом режиме являются: режим отсечки; режим двойной инжекции (насыщения).

Транзистор в процессе работы переходит из одного состояния в другое, что соответствует двум состояниям переключающего устройства: «включено» и «выключено».
Режим отсечки наблюдается тогда, когда на вход подается напряжение меньше чем необходимо, для того чтобы открылся p-n переход эмиттер-база (U_вх < U_{вх (пороговое)}). Пороговое напряжение для кремниевых p-n переходов 0,6-0,7 вольта. Коллекторный ток (I_к0) очень мал и равен току обратно смещённого p-n перехода коллектор-база. Сопротивление транзистора значительно больше чем сопротивление нагрузки и на выходе ключа выходное напряжение (U_вых) максимально и близко напряжению источника питания. Этот режим соответствует области «А» на входной характеристике и точке «А» на выходной.

Для перевода транзистора в режим двойной инжекции на вход подается входное напряжение больше порогового (U_вх > U_{вх (пороговое)}), такое, которое обеспечивает быстрый рост базового (I_б) и коллекторного (I_к) токов. Максимальное значение коллекторного тока (I_{к (мах)}) определяется сопротивлением нагрузки в цепи коллектора (R_н) и напряжением источника питания (U_п). I_{к (мах)} = (U_п – U_{к (нас)}) / R_н где U_{к (нас)} – напряжение на коллекторе в режиме насыщения (двойной инжекции). Режиму насыщения соответствуют: область «В» на входной характеристике и точа «В» на выходной характеристике.

В ключевом режиме транзистор длительное время работает только в двух режимах: двойной инжекции и отсечки, а нормальный активный режим является промежуточным при переходе из одного устойчивого состояния в другое. Время перехода должно быть очень малым. И чем быстрее происходит этот переход, тем лучше свойства ключа. Связано это с тем, что «львиная» доля мощности выделяется в транзисторе только в течение перехода из открытого состояния к закрытому и обратно (на участке характеристики соответствующей активному режиму работы транзистора). Кроме того, чем быстрее будет происходить переключение, тем выше будет быстродействие инвертора. Если о ключе говорить формально, как о логическом элементе, то можно сказать, что на вход подают импульсы логического «0» или «1». Если на вход подают импульсы логического «0», то эмиттерный переход закрыт, транзистор находится в режиме отсечки и его внутреннее сопротивление намного больше сопротивления нагрузки. Тогда на выходе – высокий уровень напряжения – логическая единица «1». Если на входе логическая единица «1» (напряжение, открывающее транзистор), то попадаем в точку В – режим насыщения (двойной инжекции), сопротивление транзистора мало, и на выходе имеем логический «0». Данный элемент является логическим элементом «НЕ».

16.Переходные процессы в ключе на n-p-n транзисторе. Время включения и способы его уменьшения.

Чем быстрее транзистор проходит стадию активного режима, тем меньше потребляемая мощность и выше быстродействие ключа.

Время включения. Пусть на вход инвертора подают идеальный импульс входного напряжения (время фронта равно нулю), обеспечивающее быстрый рост тока базы и быстрый переход в режим двойной инжекции. Чтобы появился I_k и I_б, необходимо, чтобы входная емкость зарядилась, в базовом слое должен накопиться заряд, которые приведет к появлению разности потенциалов между эмиттером и базой необходимой для того, чтобы эмиттерный p-n-переход открылся. Ток базы появится не сразу, а только тогда когда заряд достигнет величины Q₁, при котором прямое напряжение на p-n переходе база-эмиттер достигнет порогового значения (U_{вх (пороговое)} ~ 0.7 вольт). Ток базы (I_б) будет нарастать несколько позже начнёт расти и ток коллектора (I_k). Напряжение на коллекторе U_к начнет уменьшаться. Заряд в базовом слое будет продолжать увеличиваться и после завершения процесса включения. Интервал времени t₁-t₂ называют временем задержки включения, и определяется оно временем заряда входной ёмкости и накоплением заряда в базе до величины Q₁. τ_з = t₁-t₂; τ_з = С_вх ∙ U_пор / I_б. Чем больше базовый ток, тем меньше время задержки, однако при большом базовом токе будет возрастать и максимальный заряд в базовом слое (Q_мах), что отрицательно отразится на времени выключения. Интервал времени t₂-t₃ называют временем фронта (t_ф). За это время ток коллектора достигает максимального значения (I_{k (мах)}), напряжение на коллекторе и на выходе – минимального (U_{к (нас)}), а заряд в базовом слое, продолжая расти, достигает граничного значения (Q_гр). Именно при Q = Q_гр ток коллектора достигает максимального значения, а транзистор переходит в устойчивое состояние режима двойной инжекции. Величина максимального тока коллектора определяется напряжением источника питания и сопротивлением нагрузки в цепи коллектора.Ток коллектора равен I_{k (мах)} = (U_п-U_{к (нас)})/R_н, но так как U_п >>U_{к (нас)}, то I_{k (мах)}»U_п/R_н.

Время фронта можно рассчитать следующим образом: t_ф = t₀ ln{βI_б /(βI_б – I_{к (нас)})} где t₀ = (t_прол + C_э r_э +C_кR_н), t_прол - время пролёта электронов через базу, β – коэффициент передачи базового тока (I_к =βI_б).

В интервале времени t₃-t₄ транзистор работает в режиме двойной инжекции, напряжения и токи не меняются и только заряд в базовом (и не только в базовом, но и в коллекторном и эмиттерном) слое продолжает накапливаться. Это накопление заряда вредное, так как затем (при выключении) этот заряд должен будет «исчезнуть» частично уйти, частично рекомбинировать на месте. Этот процесс требует времени, это время и будет определять длительность выключения.

17.Переходные процессы в ключе на n-p-n транзисторе. Время выключения и способы его уменьшения.

Время выключения или время спада (t_выкл) коллекторного тока и нарастания коллекторного и выходного напряжений до первоначального уровня после прекращения входного импульса. Время выключения интервал t₄-t₆ = t_выкл разделяется на два временных интервала t₄-t₅ и t₅-t₆. Интервал t₄-t₅ – время рассасывания избыточного заряда до величины Q_гр. Избыточные заряды в этот интервал времени уходят и рекомбинируют на месте. Уход их (например, из базы) можно проследить по осциллограмме базового тока. После подачи на вход запирающего импульса базовый ток меняет направление, и пока избыточный заряд не достигнет величины Q_гр, транзистор продолжает оставаться в режиме насыщения. Напряжение на коллекторе и ток коллектора в интервале времени t₄-t₅ не меняются. В интервале времени t₅-t₆ (после того как Q < Q_гр) транзистор вновь проходит этап работы в активном режиме. И при уменьшении Q до нуля переходит в режим отсечки. Время выключения (t_выкл) зависит от степени насыщения транзистора избыточными зарядами, степень насыщения определяется отношением Q_мах /Q_гр. Процесс выключения зависит от размеров слоев и степени их легирования. Время рассасывания избыточного заряда самое большое для коллекторного слоя. В базе время рассасывания в несколько раз меньше (подвижность электронов выше, чем дырок, а базовый слой имеет малую толщину). В эмиттерном слое самая высокая концентрация примесей, поэтому рекомбинация идет очень интенсивно. Так что, основным слоем, влияющим на скорость рассасывания избыточного заряда, является пассивная область коллектора, в которой накапливаются избыточные дырки.

Время в включения может быть уменьшено двумя способами: - увеличением базового тока; - включением во входную цепь ускоряющей ёмкости, параллельно сопротивлению в цепи базы. Однако просто увеличение базового тока приведёт к возрастанию степени насыщения, вследствие чего вырастет время выключения.

18.Варианты производства n-p-n транзистора с изоляцией диэлектриком.

Эпик-процесс - исторически, первый способ изоляции диэлектриком.На подложке из n-типа Si формируется сильно легированный слой (n+), основа будущего скрытого слоя;

через маску в пластине вытравливаются канавки глубиной 3-10 мкм;

поверхность всей пластины окисляется;

 

выращивают толстый слой поликристаллического кремния толщиной порядка 300 мкм (толщина подложки);

 

подложку сошлифовывают, получая карманы n-типа со слоем

 

(n+) на дне, карманы изолированы диэлектриком;

 

 

- В этих карманах формируют транзисторы.

 

 

Технология довольно сложная, основная трудность точная шлифовка.

 

49. Эффекты Джозефсона.

В 1962 г. В Кембридже был защищен диплом на тему «Математическая оценка двух сверхпроводников при туннельном контакте».

3 вывода из этой работы:

1. Через туннельный контакт двух сверхпроводящий материалов может протекать ток при нулевом напряжении на контакте. Величина этого тока должна быть очень чувствительна к величине магнитного поля, приложенного в области контакта.

2. Если к туннельному контакту приложено постоянное напряжение, то в дополнение к постоянному току должен возникнуть переменный ток с частотой

3. Ели к туннельному контакту приложено переменное напряжение с частотой f, то это переменное напряжение модулирует по частоте переменные ток, который появился по действием мгновенной постоянной составляющей напряжения.

41.Свойства полупроводниковых материалов А³В⁵ и их отличие от свойств Si

Зависимость скорости дрейфа от напряжённости электрического поля.V_дрейф=f(E). Скорость дрейфа существенно выше для Si в области слабых полей.

При напряжённости меньшей напряжённости критической –поля слабые и выполняется закон Ома, а при напряжённости большей напряжённости критической –поля сильные и закон Ома не выполняется и концентрация, подвижность зарядов зависят от напряжённости.В области слабых полей скорость дрейфа большая. J=e ^.n ^.V_дрейфа, V_дрейфа= ^. Е

J=e^. n^.E; = e^. n – удельная проводимость.

Vдрейфа зависит от F=m.a; m* ^.d V_дрейфа /dt=F_(E)+F_(реш).Если F _(реш)>F_(E),то электроны могут двигаться в противоположную сторону.

 

m* ^.d V_дрейфа /dt=е^. Е+m*^. V _{тепл.движ эле-ов}/ _{релаксации эле-ов}; _р зависит от длины свободного пробега, эффективности взаимодействия и скорости теплового движения. Это уравнение движения,если его решить получим:

V_дрейфа = е^.Е/m*^{. .}(1 – еxp(-t/ )) - изменение скорости дрейфа во времени при определенной напряженности поля.

τ – время релаксации – такое время, в течение которого после снятия электрического поля исчезает направленное движение электронов.

ν – число столкновений, необходимое для исчезновения скорости направленного движения;

V т – скорость теплового движения; λ – длина свободного пробега.

В наибольшей степени подвижность зависит от m*.

 

λ – длина волны де’Бройля.

 

Si – не прямозонный полупроводник.

 

m* = 0.92 m₀

 

	GaAs	Si
μ, см2/В*с
ρ, Ом*см	107 – 109	105
t, сек	10-8	10-3
ΔE, эВ	1.41	1.12
Nss, см-2	1012 – 1013	1010

 

- подвижность

- удельное сопротивление

- время жизни неосновных носителей заряда

- ширина запрещенной зоны

- конц-ция поверхностных энерг. состояний

Малое время жизни у носителей GaAs затрудняет создание биполярных транзисторов на его основе.

38.Электрически стираемые программируемые ПЗУ (ЭСППЗУ) на МНОП транзисторах.

Подзатворный диэлектрик МHОП содержит два слоя: Si₃N₄ – нитрид кремния толщиной 0.05-0.1 мкм;SiO₂ – окись кремния.

Такая структура будет работать как обычный МОП- транзистор с Uпор = - (1-3) вольта, либо как транзистор с Uпор > - 20 вольт.Изменение состояния транзистора производится следующим образом. На затвор подаётся кратковременный (100мкс) импульс отрицательного напряжения U = -30 вольт. Во время импульса на границе между Si₃N₄ и SIO₂ (в солое Si₃N₄) накапливается положительный заряд, который может там находиться очень долгое время (десятки лет). При этом пороговое напряжение повышается до –20 вольт и напряжением Uпор= -3 вольта транзистор не может быть открыт.

Для удаления положительного заряда подается положительный импульс U=30 вольт, время импульса 100мкс, после чего пороговое напряжение снижается до обычных – 3 вольт.

39. Электрически стираемые программируемые ПЗУ (ЭСППЗУ) с плавающим затвором.

В данной структуре содержится два транзистора, один (Т1) с плавающим затвором. Расстояние между центральной зоной n+ и плавающим затвором менее 10^-9 метра (туннельно тонкий диэлекттрик). Верхний, управляющий, затвор одновременно является шиной программирования. Затвор второго транзистора (Т2) является шиной «Х». Алюминиевая шина «У» соединена со стоком второго транзистора. Исток первого транзистора заземлён. Затворы изготовлены из сильно легированного поликристаллического кремния (Si+).

Запись. На шину «X» программирования подаётся импульс U=+20 вольт длительностью» 1мс. Подложка заземляется. И через тонкий слой диэлектрика из центральной области n+ электроны туннелируют на плавающий затвор. На плавающем затворе накапливается отрицательный заряд, который повышает уровень порогового напряжения до такой степени, чтобы Т1 не открылся при нормальном значении порогового напряжения.. В отсутствии на плавающем затворе отрицательного заряда и при подаче на шину «X» программирования (которая одновременно является управляющим затвором для первого транзистора) напряжения Uпор = + (2-3) вольта, транзистор Т1 будет открыт.

Считывание. На шину «X» программирования подаётся напряжение Uпор = + (2-3) вольта, на шину «X» подаётся Uпор транзистора Т2 и он открывается. Если на плавающем затворе есть отрицательный заряд, тогда Т1 будет в закрытом состоянии и ток между шиной «У» и землей будет отсутствовать. Если на плавающем затворе нет отрицательного заряда, то оба транзистора будут открыты и между шиной «У» и землей потечет ток.

Стирание. Чтобы стереть записанную информацию в ячейке (удалить отрицательный заряд с плавающего затвора) нужно на шину «X» программирования подать нулевое напряжение, а на подложку положительный импульс. В этом случае электроны туннелируют с плавающего затвора в С1 и уходят в подложку.

Время записи и стирания около1мс.

 

42.Полевые транзисторы с затвором Шоттки (МЕП).

Относятся к классу транзисторов с управляющим p-n-переходом. На этих транзисторах изготавливаются сверхскоростные ИМС.

 

ρ _{подложки} ~ 10⁸ Ом*см.

 

Формируется слой n: N_d = 10¹⁷ см^-3

и две сильнолегированные области –исток и сток. В качестве легирующей примеси используют Si, Se. Материал затвора – W, Ti.

Канал проводимости n-типа GaAs. Снизу он ограничен подложкой с высоким сопротивлением, а сверху, когда на затвор подается напряжение, - обедненной областью. Канал может полностью исчезнуть, когда граница обедненной области достигнет высокоомной подложки. Это происходит при напряжении отсечки, составляющем -2 В.

МЕП – транзисторы бывают: нормально открытые со встроенным каналом (напряжение отсечки отрицательное): нормально закрытые с индуцированным каналом (напряжение отсечки около +0.2 В):

 

1 - нормально открытый МЕП - транзистор со встроенным каналом

2 – нормально закрытый МЕП - транзистор с индуцированным каналом

 

На паре таких транзисторов выполняется логический элемент: Выходная цепь представляет собой несколько аналогичных инверторов. В эквивалентной схеме диод Шоттки соответствует переходу металл затвора - полупроводник канала. R учитывает сопротивление истока последующего транзистора.

Пороговое U~0.2 B (T1), Uпит ~ 1 B, Uотс ~ 0.4 B (T2). Средняя задержка сигнала-0.15 (нс). Это намного меньше, чем у Si из-за высокой подвижности и малой паразитной емкости. Лучше МЕП работает на гетеропереходах.

43.Полевые транзисторы с высокой подвижностью электронов (ГМЕП).

При создании транзисторов на основе BaAs возникает одно противоречие свойственному либо нелегированному, либо слабо легированному GaAs. При увеличении концентрации примеси подвижность электронов уменьшается, поэтому надо сохранить подвижность постоянной и увеличить концентрацию примесей. Для устранения этого противоречия ГМЕП выполнен на гетеропереходе между двумя слоями разных полупроводников: GaAs-Al _0.3 ^. Ga _0.7 ^. As (n ^- - n⁺ -переход). Ширина ЗП первого материала больше ширины ЗП второго материала.( ₁> ₂ ),а ширина ЗЗ- наоборот: Е1< E2. C процентного содержания Al, E1 можно увеличить от 1.4 эв до 1.8 эв. Во втором материале N _d =10 ¹⁸ см ^-3 и больше, чем в первом материале.

Уровень Е0 не имеет ни разрывов, ни ступенек. В области слаболегированной появляется потенциальная яма, которая располагается в плоскости контакта и имеет очень узкую толщину, её можно считать двумерной структурой. Концентрация электронов во 2-ом п/п намного больше, чем в 1-ом, электроны из 2-го материала из-за grad n диффундируют в 1-ый п/п и попадают в потенциальную яму у поверхности. Вдоль этой ямы _n на порядок выше,чем _n в слаболегированном полупроводнике. При Т=300К, _n = (2-4) ^. 10 ⁴ см ² /В ^. с; Т=77К, _n =10 ⁵ см ² /В ^. с; Т=4К, _n = 2 ^. 10 ⁵ см ² /В ^. с; Потенциальный барьер практически не мешает переходу электронов из 2-го п/п в 1-ый,т.к его h~0.2-0.3 эв и он очень узкий, электроны через него туннелируют. Такой гетеропереход является основой ГМЕП-транзистора.ГМЕП-транзистор с высокой подвижностью электронов. Отодвинув потенциальную яму от металлического контакта п/п _n можно ещё увеличить, т.к уменьшается рассеяние электронов на приконтактных дефектах кристаллической структуры. Формируется сверхтонкий слой нелегированного GaAs между 1-ым и 2-ым материалами и рассеивающие центры находящиеся на границе между 2-мя п/п отодвигаются от двумерного канала. Структура:Этот транзистор со встроенным каналом проводимости.(U _отсеч ~ -2B). Этот канал и называется двумерным. Транзистор с индуцированным каналом почти такой же по структуре. U _пор близко к 0.Толщина слоя над каналом АlGaAs- разная, а всё остальное похоже, поэтому их производят вместе.Импульсные и частотные свойства ГМЕП-транзистора определяются временем пролёта электронов через канал.

V _дрейф ~ 10⁷ cм/с, f =10¹¹ Гц=100ГГц-СВЧ

 

Недостатки ГМЕП:1)высокая стоимость: дорогое оборудование.недостаточно освоена технология производства.