Site Loader

Содержание

drain – phrases – Multitran dictionary

GermanRussian
Double-Implanted Lightly-Doped Drain/source processтехнология МОП БИС с высокоомными стоками и истоками, сформированными двойной ионной имплантацией
Drainсток (полевого транзистора)
Drain-Gate-Kapazitätёмкость сток затвор
Drain-Gate-Spannungнапряжение сток затвор
Drain-Leckstromток стока закрытого транзистора
Drain-pn-übergangстоковый p-n-переход
Drain-pn-übergangp-n-переход стока
Drain-Reststromостаточный ток стока
Drain-Schaltungсхема с общим стоком
Drain-Source-Kapazitätёмкость сток-исток (при разомкнутом выводе)
Drain-Source-Spannungнапряжение между стоком и истоком
Drain-Source-Spannungнапряжение сток-исток
Drain-Source-Streckeучасток сток-исток
Drain-Source-Widerstandсопротивление сток-исток (в открытом состоянии транзистора)
Drain-Substrat-pn-übergangp-n-переход сток подложка
Drain-Substrat-Spannungнапряжение сток подложка
Gate-Drain-Kapazitätёмкость затвор-сток
Gate-Drain-Kapazitätёмкость затвор сток (при разомкнутом выводе)
Gate-Drain-Reststromостаточный ток в цепи стока
Gate-Drain-Reststromостаточный ток в цепи затвор-сток
Gate-Drain-Reststromток отсечки (тюлевого транзистора; ток отсечки состоит из обратного тока перехода затвор сток и тока утечки по поверхности пластины и через изоляторы выводов транзистора)
Gate-Drain-Reststromостаточный ток в цепи затвор сток
Gate-Drain-Spannungнапряжение затвор сток
Gate-Drain-Sperrstromобратный ток перехода затвор-сток (при разомкнутом выводе)
Gate-Drain-Sperrstromобратный ток перехода затвор сток (при разомкнутом выводе)
Lightly-Doped Drainслаболегированный сток (полевого транзистора)
Lightly-Doped Drainслаболегированный сток
Open-Drain-Ausgangвыход с открытым стоком
Open-Drain-Treiberформирователь на МОП-каскаде с открытым стоком
Source-Drain-Spannungнапряжение сток-исток
Source-Drain-Streckeучасток-исток сток
Source-Drain-Stromток в цепи исток-сток
Source-Drain-Stromток стока
Source-Drain-Stromток между истоком и стоком
Source-Drain-Stromток в цепи исток сток
Source-Drain-Widerstandсопротивление исток-сток

Радио для всех — MOSFET, IGBT и Дарлингтона транзисторы

 

 

Полевой или FET (field-effect transistor) транзистор. Аналогичен биполярным транзисторам (BJT). Транзисторы FET переключаются по напряжению, а не по току. Ниже приведена табличка обозначения электродов данных транзисторов, похожих по принципу работы.

 

К основным типам полевых транзисторов относятся:

 

–         MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)

–         JFET (Junction Field-Effect Transistor)

–         MESFET

–         HEMT

–         MODFET

 

Наиболее распространенными являются MOSFET и JFET

Транзистор с полевым эффектом представляет собой трехполюсное однополярное полупроводниковое устройство, которое имеет очень схожие характеристики с биполярными

, т.е. высокую эффективность, мгновенную работу, надежность и дешевизну и может использоваться в большинстве применений электронных схем для замены эквивалентных биполярных транзисторов (BJT). Полевые транзисторы могут быть сделаны намного меньше, чем эквивалентный BJT-транзистор, а их низкое энергопотребление и рассеиваемая мощность делают их идеальными для использования в интегральных схемах, таких как CMOS-диапазон цифровых логических микросхем. Два основных типа конструкции биполярного транзистора, NPN и PNP , которые в основном описывают физическое расположение полупроводниковых материалов типа P и N-типа, из которых они изготовлены. Это относится и к полевым транзисторам, так как есть также две основные классификации полевого транзистора, называемого полевым транзистором N- канала и полевым транзистором Р-канала . Полевой сконструирован без PN-переходов в пределах основного пути прохождения тока между стоком и истоковыми оконечными устройствами, которые соответствуют функционально коллектору и эмиттеру биполярного транзистора. Путь тока между этими двумя выводами называется «каналом», который может быть выполнен из полупроводникового материала типа «P» или «N». Управление током, протекающим по этому каналу, достигается путем изменения напряжения, приложенного к затвору . Транзистор с полевым эффектом, является «однополярным» устройством, которое зависит только от проводимости электронов (N-канал) или дырок (P-канал).
И
меет одно главное преимущество перед BJT, так как их входной импеданс ( Rin ) очень высок (в тысячах Ом), в то время как у BJT сравнительно низок. Этот очень высокий входной импеданс делает их очень чувствительными к сигналам входного напряжения, но цена этой высокой чувствительности также означает, что они могут быть легко повреждены статическим электричеством.

 

Типичный полевик

 

 

Транзистор с полевым эффектом перехода (JFET)

 

Существует два основных типа полевого транзистора, полевого транзистора с полем перехода или JFET и транзистор с изолированным затвором IGFET , который более широко известен как MOSFET.

Биполярный транзистор соединен с использованием двух PN-переходов в основном канале переноса тока между эмиттером и коллектором. Транзистор с эффектом перехода (JUGFET или JFET) не имеет PN-переходов, но вместо этого имеет узкий кусок полупроводникового материала с высоким удельным сопротивлением, образующий «Канал» либо из кремния типа N, либо из кремния Р-типа, для того чтобы основные носители могли протекать через два омических соединения на обоих концах, которые обычно называются Drain и Source соответственно.

Существуют две базовые конфигурации полевого транзистора с полем перехода, N-канальный JFET и P-канал JFET. Канал N-канального JFET легирован донорными примесями, что означает, что течение тока через канал отрицательно (отсюда термин N-канал) в виде электронов. Аналогично, канал Р-канала JFET легирован акцепторными примесями, что означает, что поток тока через канал положителен (отсюда и термин Р-канал) в форме дырок. N-канальные JFET имеют большую проводимость канала (меньшее сопротивление), чем их эквивалентные типы Р-каналов, поскольку электроны обладают большей подвижностью через проводник по сравнению с дырками. Это делает N-канальный JFET более эффективным проводником по сравнению с их аналогами P-каналов. Мы уже говорили ранее, что есть два электрода на обоих концах канала, называются сток и исток . Но внутри этого канала имеется третье электрическое соединение, которое называется затвор, материал типа P или N, образующий PN-переход с основным каналом.

 

Базовая конструкция для обеих конфигураций JFET.

 

Полупроводниковый «канал» представляет собой резистивный путь, через который напряжение V DS вызывает ток I D , и, таким образом, транзистор с эффектом переходного поля может проводить ток одинаково хорошо в любом направлении. Поскольку канал является резистивным по природе, градиент напряжения, таким образом, формируется по всей длине канала, причем это напряжение становится менее положительным, когда мы идем от клеммы Drain к клемме Source. В результате PN-соединение имеет высокое обратное смещение на клемме Drain и более низкое обратное смещение на клемме Source. Это смещение вызывает формирование «обедненного слоя» в канале и ширина которого увеличивается при смещении. Величина тока, протекающего по каналу между клеммой стоком и истоком, контролируется напряжением, подаваемым на вывод затвор, который является обратным смещением. В N-канальном JFET это напряжение затвора отрицательное, в то время как для JFET P-канала напряжение затвора положительное.

Основное различие между JFET и BJT заключается в том, что когда соединение JFET обратно смещается, ток затвора практически равен нулю, тогда как базовый ток BJT всегда имеет некоторое значение, большее нуля.

Характеристические кривые выходного напряжения типичного транзистора FET.

Напряжение V GS, подаваемое на Gate, контролирует ток, протекающий между Drain и источниками. V GS относится к напряжению, приложенному между Gate и Source, в то время как V DS относится к напряжению, приложенному между Drain и Source.

Так как транзистор с эффектом «переходного поля» является устройством с управлением напряжением, «ток протекает в затвор» , то ток источника ( I S ), вытекающий из устройства, равен току стока, втекающему в него, и поэтому ( I D = I S ) ,

Пример кривых характеристик, показанный выше, показывает четыре различные области работы JFET, и они приведены как:

  • Омическая область — Когда V GS = 0 истощающий слой канала очень мал и JFET действует как резистор, управляемый напряжением.
  • Область отсечки — это также известно как область пинч-офф — это напряжение затвора, V GS достаточно, чтобы заставить JFET действовать как разомкнутая цепь, поскольку сопротивление канала находится на максимуме.
  • Насыщенность или активная область — JFET становится хорошим проводником и управляется напряжением Gate-Source (V GS ), в то время как напряжение источника стока (V
    DS
    ) оказывает незначительное влияние или не оказывает никакого эффекта.
  • Область пробоя — Напряжение между Drain и Source (V DS ) достаточно высоко, чтобы вызвать разрушение резистивного канала JFET и прохождение неконтролируемого максимального тока.

Кривые характеристик для транзистора с полевым транзистором с P-каналом являются такими же, как и выше, за исключением того, что ток стока I D уменьшается с увеличением положительного напряжения на входе-выводе V GS .

Ток стока равен нулю, когда V GS = V P. Для нормальной работы V GS

смещен, чтобы быть где-то между V P и 0. Тогда мы можем рассчитать ток стока, I D для любой заданной точки смещения в насыщающей или активной области следующим образом:

Режимы полевых транзисторов

Как и биполярный транзистор, полевой транзистор, являющийся трехконтактным устройством, может иметь три различных режима работы и, следовательно, может быть подключен в схеме в одной из следующих конфигураций.

Конфигурация с общим истоком (CS)

 

В конфигурации Common Source (аналогично общему эмиттеру), вход применяется к Gate, и его выход берется из Drain, как показано. Это наиболее распространенный режим работы полевого транзистора благодаря его высокому входному импедансу и хорошему усилению напряжения, и поэтому широко используются широко распространенные усилители с общим источником. Режим общего источника соединения FET обычно используется усилителями звуковой частоты, а также с высоким входным импедансом предусилителей и каскадов.

Будучи усилительной схемой, выходной сигнал 180 ° «находится в фазе» с входом.

Конфигурация общий затвор (CG)

 

В конфигурации Common Gate (по аналогии с общей базой) вход применяется к источнику, и его выход берется из Drain с Gate, подключенным непосредственно к земле (0v), как показано. В этой конфигурации потеря сигнала высокой входной импеданс предыдущего соединения теряется, так как общий затвор имеет низкий входной импеданс, но высокий выходной импеданс. Этот тип конфигурации полевого транзистора может быть использован в высокочастотных цепях или в схемах согласования импеданса, поскольку низкий входной импеданс должен соответствовать высокому выходному импедансу. Выход «синфазный» с входом.

Конфигурация общего стока (CD)

 

В конфигурации Common Drain (аналогично общему коллектору) вход применяется к Gate, и его выход берется из Source. Конфигурация общего стока или «источник-последователь» имеет высокий входной импеданс, низкий выходной импеданс и почти единичное усиление напряжения, поэтому используется в буферных усилителях. Коэффициент усиления напряжения источника повторителя конфигурации меньше единицы, а выходной сигнал является «синфазным», 0 o с входным сигналом. Этот тип конфигурации называется «Common Drain», потому что на дренажном соединении нет сигнала, имеющееся напряжение + V DD просто обеспечивает смещение. Вывод синфазен со входом.

Усилитель JFET

Как и биполярный транзистор, JFET можно использовать для создания однокаскадных усилительных схем класса A с общим усилителем JFET и характеристиками, очень похожими на схему с общим эмиттером BJT. Основным преимуществом усилителей JFET перед усилителями BJT является их высокое входное сопротивление, которое контролируется резистивной сетью смещения затвора, сформированной R1 и R2, как показано.

Смещение на усилителе JFET

 

Эта схема усилителя общего источника (CS) смещается в режиме класса «A» с помощью сети делителя напряжения, образованной резисторами R1 и R2 . Напряжение на истоковом резисторе R S обычно устанавливается равным примерно четвертью V DD , ( V DD / 4 ), но может быть любым разумным значением. Требуемое напряжение затвора может быть затем вычислено по этому значению R S. Так как ток затвора равен нулю, ( I G = 0 ), мы можем установить требуемое напряжение покоя постоянного тока путем правильного выбора резисторов R1 и R2 . Управление током стока при отрицательном потенциале затвора делает транзистор с эффектом переходного поля полезным в качестве переключателя, и важно, чтобы напряжение затвора никогда не было положительным для N-канального JFET, поскольку ток канала будет протекать к Gate, а не в сток, приводящий к повреждению JFET. Принципы работы для J-канала P-канала такие же, как для N-канального JFET, за исключением того, что полярность напряжений должна быть изменена на противоположную.

 

Читаем далее по теме

 

Условные обозначения транзисторов

МОП- транзистор (MOSFET)

Транзистор Дарлингтона

Транзистор IGBT

Биполярный транзистор (BJT)

 

 

 

Полевые транзисторы

Первые патенты на принцип работы полевого транзистора были зарегистрированы на имя Юлия Лилиенфельда в 1926 и 1933 гг. В 1947 году Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Браттейн работали над созданием полевого транзистора. Однако в ходе работы они столкнулись с серьёзными трудностями и переключились на разработку биполярного транзистора.

Теория униполярного транзистора Шокли была опубликована в 1952 году. Тем не менее, первый МОП-транзистор, составляющий основу современной компьютерной индустрии, был изготовлен позже биполярного транзистора, — в 1960 году.

Полевой транзистор — униполярное устройство, поскольку протекание в полевом транзисторе рабочего тока обусловлено носителями заряда только одного знака (электронами или дырками). Если он основан на полупроводнике типа n, то основным носителем заряда являются электроны, а в случае полупроводника p-типа основным носителем заряда являются дырки.

На уровне схемы функционирование полевых транзисторов не такое сложное. Напряжение, приложенное к затвору (англ. gate), входному элементу, управляет сопротивлением канала (англ. channel)(см. рисунок ниже). В полевом транзисторе с каналом n-типа, он представляет собой слаболегированный кристалл кремния с электронной проводимостью с установленными с двух сторон электродами. Эти электроды, называемые истоком (англ. source) и стоком (англ. drain) аналогичны эмиттеру и коллектору биполярного транзистора соответственно. В полевом транзисторе с каналом n-типа, с двух сторон по центру кристалла созданы две сильнолегированные области p-типа, которые являются управляющим электродом, затвором. Затвор аналогичен базе биполярного транзистора.

Принцип «чистота — лучшая красота» применим к производству полевых транзисторов. Обязательным условием производства полевых транзисторов является чистое производственное помещение. И при этом должен постоянно вестись контроль уровня загрязнения производственных помещений. Концептуально униполярные транзисторы просты, однако их довольно сложно производить. Большая часть современных транзисторов имеет структуру металл-оксид-полупроводник (МОП) в составе интегральных схем. Однако также используются и дискретные полевые транзисторы.

Полевой транзистор

На рисунке выше изображён полевой транзисторе с каналом n-типа. Затвор представляет собой диодный переход в кристалле полупроводника между истоком и стоком. Затвор смещён в обратном направлении. Если бы мы установили вольтметр (или омметр) между истоком и стоком, то увидели бы, что транзистор с каналом n-типа проводит в обоих направлениях вследствие наличия примеси. Для обеспечения проводимости не требуется ни сам затвор, ни напряжение смещения на затворе. Однако, когда переход затвора сделан так, как показано на рисунке, током можно управлять посредством изменения напряжение смещения на затворе.

На рисунке ниже (a) показана обеднённая область на переходе затвора. Она возникает в связи с диффузией дырок из области затвора p-типа в канал n-типа Область обеднения расширяется глубже в канал вследствие сильного легирования затвора и слабого легирования канала.

Полевой транзистор с каналом n-типа: (a) обеднение на переходе затвора, (b) обратносмещённый затвор увеличивает область обеднения, © при увеличении напряжения обратного смещения область обеднения увеличивается, (d) при дальнейшем увеличении напряжения обратного смещения происходит отсечка канала исток-сток

Толщина области обеднения может быть увеличена посредством приложения умеренного напряжения обратного смещения. Вследствие этого увеличивается сопротивление канала исток-сток, что вызвано сужением канала. При увеличении напряжения обратного смещения © увеличивается область обеднения, уменьшается ширина канала, а также увеличивается сопротивление канала. При увеличении напряжения обратного смещения VЗИ (рис. d) происходит отсечка тока канала. Сопротивление канала будет очень высоким. Это напряжение, при котором происходит отсечка Vотс, называется напряжением отсечки. Обычно оно составляет несколько вольт. Подведём итог, сопротивление канала контролируется величиной напряжения обратного смещения на затворе.

Исток и сток взаимозаменяемы, а ток истока-сток может протекать в двух направлениях при низком уровне напряжения стока (СИ, область обеднения затвора расширяется в сторону стока. Вследствие этого увеличивается длина узкого канала, увеличивая в некоторой степени его сопротивление. Мы говорим «в некоторой степени», потому что сильное изменение сопротивления обусловлено смещением затвора. На рисунке ниже (b) показано условное обозначение на схемах n-канального полевого транзистора, а также поперечное сечение кристалла (рис. (а)). Стрелка затвора направлена в ту же сторону, что и диодный переход.

Движение тока от истока к стоку в n-канальном полевом транзисторе: (a) поперечное сечение, (b) условное обозначение

На рисунке выше показано движение электронов от (-) вывода батареи, к истоку транзистора, затем на сток, и обратно к (+) выводу батареи. Движением электронов можно управлять посредством изменения напряжения на затворе. Включённая последовательно с батареей нагрузка «видит» усиленную версию изменяемого напряжения затвора.

Существуют также полевые транзисторы с каналом p-типа. Канал сделан из материала p-типа. Затвор представляет собой сильнолегированную область n-типа. Полярность источников тока изменена на противоположную по сравнению с более распространёнными транзисторами с каналом n-типа.Также стоит отметить, что на условном обозначении (b) полевого транзистора с каналом p-типа стрелка направлена в сторону от затвора.

Полевой транзистор с каналом p-типа: (a) затвор n-типа, канал p-типа, изменённая полярность источников по сравнению с транзистором с каналом n-типа. (b) Обратите внимание на направление стрелки и источники напряжения на условном обозначении

По мере увеличения напряжения затвора, сопротивление p-канала возрастает, в связи с чем сокращается поток электронов в цепи стока.

На рисунке ниже показано поперечное сечение дискретных транзисторов. Поперечный разрез, сориентированный так, чтобы соответствовать условному обозначению, перевёрнут по отношению к полупроводниковой пластине. То есть, соединения затвора находятся в верхней части полупроводниковой пластины. Затвор сильно легирован, P+, для обеспечения диффундирования дырок в n-область для создания значительной области обеднения. Исток и сток сильно легированы N+ с целью уменьшения сопротивления. Тем не менее канал вокруг затвора слабо легирован для диффундирования дырок. Это область N.

Полевой транзистор: (a) поперечное сечение дискретного прибора, (b) условное обозначение, © поперечное сечение интегрального транзистора

Все три вывода транзистора расположены в верхней части интегрального транзистора с тем, чтобы слой металлизации (не показан) мог быть соединён с несколькими компонентами. Интегральные полевые транзисторы применяются в аналоговых схемах в случае высокого входного сопротивления затвора. Канал n-типа под затвором должен быть очень тонким, чтобы было возможно управлять каналом или же создавать отсечку. Следовательно, области затвора с двух сторон от канала не обязательны.

Полевой транзистор (со статической индукцией): (a) поперечное сечение, (b) условное обозначение

Полевой транзистор со статической индукцией представляет собой прибор с коротким каналом и скрытым затвором (см. рисунок выше). Это очень мощный быстропереключающийся прибор, что достигается благодаря низкому сопротивлению затвора и низкой ёмкости затвор-исток. Такой транзистор способен выдерживать сотни ампер и тысячи вольт, а также способен работать на частоте до 10 ГГц.

Полевой транзистор со структурой металл — полупроводник: (a) условное обозначение, (b) поперечное сечение

Полевой транзистор со структурой металл — полупроводник отличается от обычного полевого транзистора наличием барьера Шоттки. Диоды Шоттки используют переход металл-полупроводник в качестве барьера Шоттки (вместо p-n перехода, как у обычных диодов). На рисунке выше исток и сток сильно легированы (N+). Канал слабо легирован (N). Полевой транзистор со структурой металл — полупроводник отличаются более высокой скоростью. Полевые транзисторы со структурой металл — полупроводник являются приборами, работающими в режиме обеднения носителями. Они используются в качестве СВЧ-усилителей (частота до 30 ГГц). Полевые транзисторы со структурой металл — полупроводник могут производиться из кремния, арсенида галлия, карбида кремния.

  • РЕЗЮМЕ:

  • Униполярный транзистор получил своё название поскольку протекание в полевом транзисторе рабочего тока обусловлено носителями заряда только одного знака (электронами или дырками).

  • Исток, затвор и сток полевого транзистора соответствуют эмиттеру, базе и коллектору биполярного транзистора.

  • При приложении напряжения обратного смещения к затвору изменяется сопротивление канала, что связано с расширением области обеднения.

N-MOSFET Gate to Drain short и Vgs

Прежде всего, я уверен, что вам нужен Vds >= Vgs - Vthполевой МОП-транзистор в насыщении.

Vdsопределяется как разность потенциалов между стоком и истоком, Vgsкак разность потенциалов между затвором и истоком.

смоделировать эту схему — Схема, созданная с помощью CircuitLab

Закорачивая затвор и сток, они имеют одинаковый потенциал. Поэтому Vgs = Vds. Это должно быть довольно очевидно.

Теперь посмотрим на выходные характеристики стандартного MOSFET ниже (рисунок взят из этого ответа). Сосредоточьтесь на одном конкретном значении Vds. Видно, как увеличивается ток стока с увеличением Vgs(а точнее Vgs - Vth). Если Vgsменьше чем Vth, полевой МОП-транзистор в основном полностью блокируется. Когда-то Vgsбольше чем Vth, все полевые МОП-транзисторы более или менее разделяют показанное поведение. Вот почему черчение Vgs - Vthдля нас более полезно, чем рисование Vgsпрямо сейчас.

Область насыщения — это область на графике, где ток стока не зависит от Vdsи, следовательно, представляет собой просто горизонтальную линию. В линейной области, ток стока в зависимости от Vds, а МОП — транзистор ведет себя примерно как омическое сопротивление.
Присмотритесь к красной линии, разделяющей регионы (на самом деле это не жесткий переход, а скорее мягкое изменение). Эта строка соответствует уравнению Vds = Bgs - Vth. Убедитесь сами!
В точке, где он пересекает синий цвет Vgs - Vth = 4V, Vdsтоже 4 В. То же касается и других значений.
Если Vdsбольше, мы находимся справа от красной линии; в области насыщения. Если Vdsменьше, мы находимся слева, в линейной области.

Честно говоря, я не уверен, есть ли более глубокое физическое объяснение этой формулы или это просто удобное совпадение. Однако имейте в виду, что это не жесткая граница, а вся модель, лежащая в основе теории работы полевого МОП-транзистора, является лишь приближением.


Подводя итог, вы должны

  • убедитесь , что вы понимаете , что Напряжения Vdsи Vgsозначает в целом , так и для вашей схемы
  • чем подробно изучить график выходных характеристик. По крайней мере, для меня было сложнее всего осознать тот факт, что три величины нанесены на один график. Как только вам это удастся, он станет чрезвычайно полезным инструментом при проектировании и анализе схем.

Исследование СВЧ-транзистора с субмикронным Т-образным затвором, изготовленным методом наноимпринт литографии :.

Приведены результаты разработки метода создания СВЧ-транзистора, в котором Т-образный затвор формируется с применением технологии наноимпринт литографии. Исследованы характеристики созданных GaAs p -HEMT-транзисторов. Разработанный транзистор имеет длину основания затвора порядка 250 нм и максимальную крутизну более 350 мСм/мм. Предельная частота усиления по току f составляет 40 ГГц при V =1,4 В, предельная частота усиления по мощности f  — 50 ГГц при V =3 В.

Литература
1. Бобрешов A.M., Хребтов И.В. Аналитическая модель для субмикронных HEMT-транзисторов с учетом короткоканальных эффектов // Изв. вузов. Электроника. – 2005. – № 3. – C. 14–21.
2. Dyakonov M., Shur M. Detection, mixing, and frequency multiplication of terahertz radi-ation by two-dimensional electronic fluid // IEEE Trans. Electron Dev. – 1996. – Vol. 43. – Is. 3. – P. 380–387.
3. Peng C., Liang X., Chou S.Y. A novel method for fabricating sub-16 nm footprint T-gate nanoimprint molds // Nanotechnology. – 2009. – Vol. 20. – P. 1–3.
4. Fabrication of high electron mobility transistors with T-gates by nanoimprint lithography / Y. Chen, D. Macintyre, E. Boyd et al. // J. Vac. Sci. Technol. B. –2002. – Vol. 20(6). – P. 2887–2890.
5. Schift H. Nanoimprint Lithography: An old story in modern times? A review // J. Vac. Sci. Technol. – 2008. – Vol. 26 (2). – P. 458–480.
6. Improving stamps for 10 nm level wafer scale nanoimprint lithography / M. Beck, M. Graczyk, I. Maximov et al. // Microelectron. Eng. – 2002. – № 61–62. – P. 441–448.
7. Fabrication of a hard mask for InP based photonic crystals: increasing the plasma-etch se-lectivity of poly(methyl methacrylat) versus SiO2 and SiNx / R. Wüest, P. Strasser, F. Robin et al. // J. Vac. Sci. Technol. – 2005. – Vol. 23 (6). – P. 3197–3201.
8. http://www.triquint.com/products/p/TGF2018
9. Dechun G., Kankan Q., Junfeng C., Xiaobin L. A simulation about the influence of the gate-source-drain distance on the AlGaN/GaN HEMT performance at Ka-band // Microwave Workshop Series on Millimeter Wave Wireless Technology and Applications (IMWS). – 2012. – P. 1–4.

Изучение одноэлектронных транзисторов навело физиков на открытие нового эффекта

Группа физиков, включая сотрудников кафедры теоретической физики МФТИ, представила теоретическое исследование электрических свойств одноэлектронных транзисторов. Ученые предсказали появление у входящего в состав устройства диэлектрика «эффекта памяти» — который, в случае своего экспериментального обнаружения, может пригодится в разработке новых запоминающих устройств для микроэлектроники.

На страницах журнала Physical Review B исследователи с кафедры теоретической физики, ФИАН, Калифорнийского государственного университета, Института физики высоких давлений РАН, Института теоретической физики имени Ландау и Института физики микроструктур опубликовали статью (см. также препринт), посвященную моделированию диэлектрического слоя в одноэлектронном транзисторе — устройстве, которое позволяет манипулировать отдельными электронами и которое сами авторы называют «одной из наиболее изученных наносистем». Подобные транзисторы получили еще в середине 1990-х годов, однако теория, описывающая их работу, была далеко не исчерпывающей.

Пример одноэлектронного транзистора: снимок под электронным микроскопом и аннотированный рисунок на его основе. Source — исток, drain — сток, island — затвор. Иллюстрация: Torsten Henning / Wikimedia.

Одноэлектронный транзистор подобен транзистору обычному — электронной детали с тремя контактами. Если на контакт, называемый затвором, подается электрическое напряжение, транзистор пропускает ток между двумя другими контактами: истоком и стоком. Переключаясь между двумя режимами, «ток есть» и «тока нет» транзистор может выполнять логические операции, а еще без транзисторов невозможно представить работу усилителей, коммутаторов и, пожалуй, всей современной электроники.

Эффект управления электрическим током в обычном транзисторе реализован за счет соединения вместе полупроводниковых материалов с разными свойствами (на их границе возникает блокирующее протекание тока электрическое поле), но в одноэлектронном транзисторе ключевую роль играют иные механизмы. Одноэлектронный транизистор построен на основе микроскопической площадки, «островка», из окруженного со всех сторон диэлектриком проводника.

Схема одноэлектронного транзистора. Рисунок: Fbianco + Лев Дубовой / Wikimedia

Подавая напряжение на затвор, можно управлять энергией электронов на «островке» и, при достижении ей определенного значения, делать возможным квантовое туннелирование электронов через изолирующий зазор. Квантовым туннелированием называют эффект перемещения частиц через непроницаемый с точки зрения классической физики барьер, а величина туннельного тока через островок такова, что при надлежащих условиях можно добиться пропускания отдельных электронов. Соответственно, одноэлектронный транзистор интересен ученым и как экспериментальная установка для фундаментальных экспериментов, так и в качестве перспективного элемента микроэлектроники будущего.

В теории одноэлектронного транзистора зазоры между «островком» и всеми тремя контактами — истоком, стоком и управляющим протеканием тока затвором — рассматриваются в качестве электрических конденсаторов. У них у всех есть диэлектрическая прослойка и проводящие обкладки, в роли которых выступает либо поверхность контакта, либо поверхность «островка». Как и в случае с классическим плоским конденсатором из школьного курса физики, емкость каждого такого конденсатора зависит от диэлектрической проницаемости среды между ними — и в первом приближении эта диэлектрическая проницаемость постоянна. Напомним, что диэлектрическая проницаемость тем выше, чем лучше изолирующие свойства материала, а чем лучший изолятор разделяет обкладки конденсатора, тем больший заряд он способен накопить, тем выше его емкость.

Слова «в первом приближении» означают возможность пренебречь изменением величины в рамках базовых расчетов. Однако детальное моделирование, без которого сложно спроектировать по-настоящему сложные устройства, требует более тщательного подхода. А именно — требуется учитывать зависимость диэлектрической проницаемости от частоты и учитывать те фундаментальные физические процессы, которые лежат в основе переноса электрических зарядов внутри вещества. Когда одноэлектронный транзистор включается в цепь, в зазорах между «островком» и контактами возникает электрическое поле, поле поляризует вещество и свойства всей системы немного меняются даже при перемещении отдельных электронов по «островку». Детальное моделирование, результаты которого представили ученые, позволило лучше представить себе перенос электронов через зазоры из поляризуемых диэлектриков и таким образом подготовить теоретическую основу как для прикладных, так и для фундаментальных исследований.


Титанат бария, активно используемый при изготовлении керамических конденсаторов диэлетрик. Возможно, новая работа со временем повлечет рост интереса к этому материалу. Рисунок: Groer / Wikimedia

Проведенные учеными расчеты показывают, что входящие в состав одноэлектронного транзистора конденсаторы должны обладать «эффектом памяти». Это значит, что проводимость зазора между контактами устройства и «островком» не просто меняется вместе с зарядом на «островке», но эти изменения еще и зависят от направления процесса. Проще говоря, если напряжение на затворе увеличивается, то проводимость сначала плавно растет, а потом резко, скачком, падает — но если напряжение уменьшается, то сначала идет плавное увеличение проводимости, а потом — резкий скачок (лучше всего это иллюстрирует график ниже; обратите внимание на стрелку, показывающую динамику процесса).

График изменения проводимости диэлектрического слоя в зависимости от заряда конденсатора. Как можно видеть, эта величина зависит не только от заряда в данный момент, но и от того, каков был заряд конденсатора ранее. Это и есть эффект памяти, который может найти применение в ряде прикладных задач. Иллюстрация любезно предоставлена авторами исследования.

Эффект памяти связан с поляризацией диэлектрика и с тем, что наведенные заряды какое-то время остаются в материале после исчезновения внешнего поля. Физики предсказали, что при правильном подборе материалов (в частности, многообещающим выглядит титанат бария — вещество, используемое сейчас в производстве керамических кондесаторов и пьезоэлементов) эффект должен наблюдаться при комнатной температуре и на его основе возможно создание ячеек памяти для перспективных компьютерных систем.

Потребляемый ток — обзор

Аналитический подход: BJT RFI Rectification

Хотя лабораторные эксперименты могут продемонстрировать, что устройства с BJT-входом обладают большей чувствительностью к RFI-выпрямлению, чем сопоставимые устройства с FET-входами, для объяснения этого можно использовать и более аналитический подход. явление.

Разработчики ВЧ-схем давно знают, что диоды с p-n переходом являются эффективными выпрямителями из-за их нелинейных ВАХ. Спектральный анализ токового выхода транзистора BJT для ВЧ синусоидального входа показывает, что по мере того, как устройство смещается ближе к его «колену», нелинейность увеличивается.Это, в свою очередь, делает его использование в качестве детектора более эффективным. Это особенно актуально для маломощных операционных усилителей, где входные транзисторы смещаются при очень малых токах коллектора.

Анализ выпрямления коллекторного тока биполярного транзистора был представлен в Справке 10 и не будет повторяться здесь, за исключением важных выводов. Эти результаты показывают, что исходный квадратичный член второго порядка может быть упрощен до частотно-зависимого члена, Δi c (переменный ток), при удвоенной входной частоте и постоянного члена, Δi c (постоянный ток).Последний компонент может быть выражен, как указано в уравнении. 7-14, окончательная форма выпрямленного постоянного тока:

Уравнение. 7.14∆iC(DC)=(VXVT)2•IC4

Из этого выражения видно, что постоянная составляющая члена второго порядка прямо пропорциональна квадрату амплитуды ВЧ-шума V X , а также I C , ток коллектора транзистора в состоянии покоя. Чтобы проиллюстрировать этот момент при выпрямлении, обратите внимание, что изменение постоянного тока коллектора биполярного транзистора, работающего при I C , равном 1 мА, с попадающим на него паразитным высокочастотным сигналом 10 мВ пик , составит около 38 мкА.

Уменьшение величины выпрямленного тока коллектора связано с уменьшением тока покоя или величины помех. Поскольку операционный усилитель и входные каскады усилителя редко обеспечивают регулируемые токи покоя коллектора, снижение уровня мешающего шума V X является лучшим (и почти всегда единственным) решением. Например, уменьшение амплитуды помех в 2 раза, до 5 мВ пик приводит к чистому уменьшению выпрямленного коллекторного тока в 4:1.Очевидно, это иллюстрирует важность предотвращения попадания паразитных ВЧ-сигналов на входы усилителей, чувствительных к радиочастотным помехам.

Аналитический подход: выпрямление ВЧ-помех на полевых транзисторах

Анализ выпрямления для тока стока JFET также представлен в Справке 10 и здесь не повторяется. Аналогичный подход был использован для анализа выпрямления тока стока полевого транзистора в зависимости от небольшого напряжения V X , приложенного к его затвору. Результаты оценки выпрямленного члена второго порядка для тока стока полевого транзистора суммированы в уравнении.7-15. Как и в биполярном транзисторе, член второго порядка полевого транзистора имеет переменную и постоянную составляющие. Здесь дано упрощенное выражение для постоянной составляющей выпрямленного тока стока, где выпрямленный постоянный ток стока прямо пропорционален квадрату амплитуды паразитного сигнала V X . Однако уравнение 7-15 также показывает очень важную разницу между степенью и выпрямления, производимой полевыми транзисторами, по сравнению с биполярными транзисторами.

Ур. 7.15ΔiD(DC)=(VXVP)2•IDSS2

В то время как в биполярном транзисторе изменение тока коллектора напрямую связано с уровнем тока коллектора в состоянии покоя, изменение тока стока полевого транзистора пропорционально его току стока при нулевом затворе -напряжение источника, I DSS , и обратно пропорционально квадрату напряжения отсечки его канала, V P — параметры, зависящие от геометрии и процесса.Как правило, полевые транзисторы JFET, используемые во входных каскадах интегральных и операционных усилителей, имеют ток покоя около 0,5 · I DSS . Следовательно, изменение тока стока JFET не зависит от его тока стока покоя; следовательно, не зависит от рабочей точки.

Количественное сравнение выпрямленных членов постоянного тока второго порядка между биполярными транзисторами и полевыми транзисторами показано на рис. 7-110. В этом примере биполярный транзистор с единичной площадью эмиттера 576 мкм 2 сравнивается с полевым транзистором с единичной площадью, разработанным для I DSS с током 20 мкА и напряжением отсечки 2 В.Каждое устройство имеет смещение 10 мкА и работает при T A = 25°C.

Рисунок 7-110. Сравнение относительной чувствительности – BJT и JFET

Важным результатом является то, что при одинаковых уровнях тока покоя изменение тока коллектора в биполярных транзисторах примерно в 1500 раз больше, чем изменение тока стока JFET. Это объясняет, почему усилители с FET-входом менее чувствительны к высокочастотным воздействиям большой амплитуды. В результате они обеспечивают большую устойчивость к радиопомехам.

Все это сводится к следующему: поскольку пользователь практически не имеет доступа к внутренним схемам усилителя, предотвращение ухудшения характеристик схемы ИС из-за радиочастотных помех остается в основном за теми средствами, которые являются внешними по отношению к ИС.

Как показывает приведенный выше анализ, независимо от типа усилителя, подавление радиопомех прямо пропорционально квадрату амплитуды мешающего сигнала. Поэтому, чтобы свести к минимуму выпрямление РЧ-помех в прецизионных усилителях, уровень помех должен быть уменьшен или устранен до каскада. Самый простой способ уменьшить или устранить нежелательный шум — это использовать правильную фильтрацию.

Эта тема рассматривается в следующем разделе.

Определения МОП-транзисторов

Определения МОП-транзисторов
  • МОП n-типа: основными носителями являются электроны.
  • МОП p-типа: большинство носителей представляют собой дырки.

  • Положительное/отрицательное напряжение, приложенное к затвору (по отношению к подложке), увеличивает количество электронов/дырок в канале и увеличивает проводимость между истоком и стоком.

  • В т определяет напряжение, при котором МОП-транзистор начинает проводить. Для напряжений менее В т (пороговое напряжение), канал отключается.
  • При нормальной работе положительное напряжение между истоком и стоком (V дс ).
  • Ток между истоком и стоком не течет (I дс = 0) с V гс = 0 из-за встречно-параллельных pn-переходов.

  • Для n-MOS с V гс > В тн , электрическое поле притягивает электроны, создавая канал.
  • Канал представляет собой кремний p-типа, который инвертируется в n-тип электронами, притягиваемыми электрическим полем.
  • Три моды, основанные на звездной величине V . гс : накопление, истощение и инверсия.
  • С В дс ненулевой, канал становится меньше ближе к стоку.

  • Когда V дс <= В гс — В т (например, V дс = 3В, В гс = 5В и В т = 1В), канал доходит до стока (так как V гд > В т ).

  • Это называется линейный , резистивный или ненасыщенный область, край. я дс является функцией как V гс и В дс .
  • Когда V дс > В гс — В т (т.е.грамм. В дс = 5В, В гс = 5В и В т = 1В), канал ущипнул близко к сливу (начиная с V гд < В т ).

  • Это называется насыщенной областью. я дс является функцией V гс , почти не зависит от V дс .
  • МОП-транзисторы можно смоделировать как переключатель, управляемый напряжением. я дс — важный параметр, определяющий поведение, например, скорость переключения.

  • Какие параметры влияют на величину I ? дс ? (Предположим, V гс и В дс фиксированы, т.грамм. 5В).
  • Расстояние между истоком и стоком (длина канала).
  • тип=диск>
  • Ширина канала.
  • тип=диск>
  • Пороговое напряжение.
  • тип=диск>
  • Толщина оксидного слоя затвора.
  • тип=диск>
  • Диэлектрическая проницаемость изолятора затвора.
  • тип=диск>
  • Подвижность носителей (электронов или дырок).
  • тип=диск>

  • Сводка характеристик нормальной проводимости:
  • Отсечка : накопление, я дс по существу равен нулю.
  • тип=диск>
  • Ненасыщенный : слабая инверсия, I дс зависит от обоих V гс и В дс .
  • тип=диск>
  • Насыщенный : сильная инверсия, I дс идеально не зависит от V дс .
  • тип=диск>
  • В т тоже важный параметр. Что влияет на его стоимость?

  • Большинство из них связано со свойствами материала. Другими словами, V т во многом определяется на момент изготовления, а не условиями схемы, как у I дс .

  • Например, параметры материала, влияющие на V т включают:
  • Материал проводника затвора (полиэтилен против металла).
  • тип=диск>
  • Изоляционный материал затвора (SiO 2 ).
  • тип=диск>
  • Толщина материала ворот.
  • тип=диск>
  • Концентрация легирования канала.
  • тип=диск>

  • Однако V т также зависит от
  • В сб (напряжение между источником и подложкой), которое обычно равно 0 в цифровых устройствах.
  • тип=диск>
  • Температура: изменяется на -2 мВ/градус C для низких уровней легирования подложки.
  • тип=диск>
  • Выражение для порогового напряжения дается как:
  • Пороговое напряжение (продолж.):

  • Типичные значения V т для n- и p-канальных транзисторов +/- 700мВ.
  • Из уравнений можно изменить пороговое напряжение, изменив:
  • Концентрация легирования (N А ).
  • тип=диск>
  • Оксидная емкость (C бык ).
  • тип=диск>
  • Заряд состояния поверхности (Q ФК ).
  • тип=диск>

  • Как видите, часто приходится настраивать V . т .
  • Распространены два метода:
  • Изменить Q ФК введением небольшой легированной области на границе раздела оксид/подложка с помощью ионной имплантации.
  • тип=диск>

  • Изменить С бык с использованием другого изоляционного материала для ворот.
  • тип=диск>
    • Слой Si 3 4 (нитрид кремния) с относительной диэлектрической проницаемостью 7,5 сочетается со слоем диоксида кремния (относительная диэлектрическая проницаемость 3,9).
    • Это приводит к относительной диэлектрической проницаемости около 6.

    • Для диэлектрического слоя той же толщины C бык больше с использованием комбинированного материала, который снижает V т .
  • В цифровых схемах подложка обычно удерживается на нуле.
    • Истоки n-канальных устройств, например, также удерживаются на нуле, за исключением случаев последовательного соединения, например.г.,
  • Источник-подложка (V сб ) может увеличиться в этом соединении, например. В сбн1 = 0, но V сбн2 /= 0,
  • В сб добавляет к потенциалу канала-подложки:
  • Идеальное уравнение первого порядка для отсечка регион:

  • Идеальное уравнение первого порядка для линейный регион:

  • Идеальное уравнение первого порядка для насыщенность регион:
  • со следующими определениями:
  • Факторы, зависящие от процесса: .

  • Факторы, зависящие от геометрии: W и L.

  • Вольт-амперные характеристики n- и p-транзисторов.
  • Пример расчета бета транзистора:
    • Типичные значения для n-транзистора в 1-микронной технологии:

    • Как эта бета соотносится с p-устройствами:

  • Коэффициент усиления n-транзистора примерно равен 2.в 8 раз больше, чем p-транзисторы.
  • Характеристики инвертора постоянного тока
  • Регион C является наиболее важным регионом. Небольшое изменение входного напряжения, В в , приводит к БОЛЬШОМУ изменению выходного напряжения, В из .

  • Это поведение описывает усилитель, вход усиливается на выходе.Усиление называется усилением транзистора, которое обозначается бета.

  • И у n-, и у p-транзисторов есть бета. Изменение их соотношения изменит характеристики выходной кривой.
  • Таким образом,
  • НЕ влияет на производительность переключения.

  • Какой фактор будет аргументом в пользу отношения 1 к ?

  • Время, необходимое для зарядки или разрядки емкостной нагрузки, равно .

  • Поскольку бета зависит от W и L, мы можем регулировать соотношение, изменяя размеры ширины канала транзистора, делая p-канальные транзисторы шире чем n-канальные транзисторы.
  • Параметр, определяющий максимум шум напряжение на входе затвора, которое позволяет выходу оставаться стабильным.

  • Два параметра, низкий уровень шума (NM Л ) и высокий запас по шуму (NM Н ).

  • НМ Л = разница в величине между максимальным НИЗКИМ выходным напряжением ведущего затвора и максимальным НИЗКИМ входным напряжением, распознаваемым управляемым затвором.
  • Идеальная характеристика: V ИХ = В Ил = (В ОН ПР )/2.

  • Это означает, что передаточная характеристика должна переключаться резко (высокий коэффициент усиления в переходной области).

  • В Ил найдено путем определения точки единичного усиления из V ОН .
  • Поэтому форма передаточной характеристики и V ПР инвертора влияет соотношение .
  • В целом, низкий запас по шуму значительно хуже, чем высокий запас по шуму для Pseudo-nMOS.

  • Псевдо-nMOS был популярен для высокоскоростных схем, статических ПЗУ и PLA.
  • Пример: расчет запаса по шуму:
  • Передаточную кривую для инвертора псевдо-nMOS можно использовать для расчета запаса шума идентичных инверторов псевдо-nMOS.

Каково напряжение на стоке транзистора pMOS, если на затворе и истоке 0 В или GND? : ECE

Вы спрашиваете с цифровой точки зрения, но я думаю, что полезно понять с аналоговой точки зрения, что происходит, чтобы понять, почему цифровая логика работает так, как она работает.Транзисторы называются транзисторами, потому что это сокращение от «резистор крутизны». Транскондуктивность означает, что при подаче напряжения вы получаете ток (Iout/Vin, противоположность резистора, который равен Vout/Iin).

Подача напряжения на затвор и исток изменяет ток, который устройство подает на вывод стока , в зависимости от напряжения, которое вы подаете на вывод стока . Транзистор не может сам по себе создать напряжение на стоке. Прочтите это еще раз, пока не станет понятно.

Теперь еще одна вещь, которую следует учесть, это то, что полевые МОП-транзисторы симметричны, а «исток» и «сток» являются соглашениями об именах. В NMOS исток находится при более низком напряжении, а сток — при более высоком. Если они меняют полярность, исток и сток переключают клеммы. То же самое с PMOS, вы не можете привязать исток к GND, а сток к Vdd, исток по определению зависит от того, какая клемма привязана к более высокому напряжению, а сток к более низкому напряжению.

Будет та же логика nMOS (выход стока Vdd — Vt, если затвор и исток оба Vdd)

Это неверно по причине, которую я объяснил, потому что по определению исток является клеммой с более низким напряжением.Так что ваш вопрос уже не имеет смысла. Я собираюсь ответить на вопрос, что произойдет, если вентиль и источник подключены к Vdd.

Как я уже упоминал, ток через PMOS зависит от напряжения на стоке, но я также сказал, что сток — это напряжение, которое вы подаете. Как это работает? Ставишь резистор между стоком и GND. Затем, подавая напряжение на затвор (понижая его от Vdd), вы получаете ток через резистор, и по закону Ома на стоке появляется напряжение, которое определяет проходящий ток.Это напряжение стока является вашим выходом. Пока есть смысл?

Итак, что произойдет, если вашими воротами и источником являются Vdd? Транзистор находится в состоянии «отсечки», что означает , через него не проходит ток независимо от напряжения на стоке. Это означает отсутствие тока через резистор. Если одна сторона резистора находится на GND, и ток через него отсутствует, на нем нет падения напряжения , поэтому напряжение на стоке (и, следовательно, на вашем выходе) равно GND или логическому «0».

Интеграция высоконагруженного SiGe в истоке и стоке с HK и MG для 22 нм массивных PMOS-транзисторов | Nanoscale Research Letters

Одной из наиболее важных проблем, связанных с работой полевых МОП-транзисторов, является целостность SiGe SEG с точки зрения качества слоя, селективности, шероховатости поверхности, величины деформации и зависимости от рисунка [2].Хотя эти параметры зависят друг от друга, тем не менее существуют способы решения этих проблем по отдельности. Например, слои SiGe выращиваются в метастабильной области роста кристалла, и любая релаксация деформации приводит к ухудшению качества слоя и шероховатости поверхности.

Зависимость СЭГ от рисунка относится к ситуации, когда профиль слоя (состав и толщина слоя) зависит от расположения рисунка (плотности и размера оксидных отверстий) и архитектуры (оксидная или нитридная) кремниевой пластины [20–23]. ].

Качество слоя напрямую связано с чистотой поверхности Si перед эпитаксией, а также с оптимизацией параметров роста. На рис. 1a–e представлены микрофотографии образцов до и после эпитаксии. Углеродные остатки полимера после сухого плазменного травления являются типичной проблемой для эпитаксии. Эпитаксиальный слой может быть нанесен только на чистые участки Si, а рост происходит путем зародышеобразования, как показано на рис. 1b, d. Анализ ЭДС по поперечному сечению областей S/D на рис.1д подтверждает присутствие углерода и кислорода на исходной поверхности Si. Между тем, стандартная химическая очистка удалит все нежелательные примеси, и можно будет успешно вырастить двумерный слой SiGe, как показано на рис. 1c.

Рис. 1

Микрофотографии HRSEM, показывающие поперечное сечение образцов ( a ) до выращивания SiGe SEG, ( b ) плохая чистота поверхности Si, ( c ) хорошая чистая поверхность Si и рост SiGe. ( d ) ПЭМ поперечное сечение образца b и ( e ) EDX картирование образца b

Оптимизация параметров роста была выполнена для осаждения высоконапряженных слоев SiGe с высоким качеством, а скорость роста высока для производственной линии.На рис. 2a–c показаны HRRLM при отражении (115) слоев SiGe, выращенных в диапазоне 650–750 °C. Толщина слоя для этих образцов поддерживалась ниже критической толщины для напряженных слоев SiGe. Пики SiGe все еще выровнены с пиком Si вдоль k Направление Á показывает небольшую релаксацию деформации. Однако положение слоев SiGe приближается к Si, а уширение контурных элементов увеличивается с увеличением температуры роста. Одной из причин такого поведения является увеличение скорости роста, что снижает содержание Ge (28.2, 25,4 и 20,1% для 650, 700 и 750 °С соответственно). Уширение пика SiGe на рис. 3c является индикатором плотности дефектов в эпитаксиальных слоях. Можно сделать вывод, что 650 и 700 °C являются наиболее подходящей температурой для слоев SiGe. Следующим шагом для SEG SiGe было изучение влияния парциального давления HCl на кинетику роста. Цель экспериментов состояла в том, чтобы получить рабочий диапазон парциальных давлений HCl, в котором рост является селективным с приличной скоростью роста, а слои SiGe имеют высокое содержание Ge.Содержание Ge было увеличено, а скорость роста уменьшена за счет увеличения парциального давления HCl. Например, когда парциальное давление HCl составляло 60, 80 (хорошая селективность) и 100 мТорр, скорость роста становилась 9,4, 8,4 и 4,8 нм/мин соответственно. Это связано с уменьшением скорости роста там, где больше атомов Si травится молекулами HCl. При этом содержание Ge контролировалось 28,6, 32 и 32,6% для вышеуказанных образцов. Насыщение содержания Ge при более высоких парциальных давлениях HCl происходит, когда атомы Cl будут травить не только атомы Si, но и атомы Ge.Хорошим результатом высокого парциального давления HCl во время эпитаксии является лучший контроль паттерн-зависимости роста [24, 25]. В то же время более высокое количество HCl способствует получению хорошей селективности в верхней части заглушки и на поверхности прокладок SiN [3]. Рис. 2 Рис.3

( a ) ЭМВР многослойной структуры с восемью периодами изменения парциального давления бора и ( b ) профиль SIMS

В транзисторе решающее значение имеет низкое поверхностное сопротивление в области истока/стока. Поэтому в эпислоях ищут высокое легирование бором. На рисунке 3a, b показан анализ SIMS и микрофотография поперечного сечения многослойной структуры SiGe/Si с девятью периодами, когда концентрация бора последовательно увеличивалась в слоях SiGe.Протяженных дефектов на микрофотографии не наблюдалось, что свидетельствует о высоком качестве эпитаксии. Сигнал Ge в спектрах ВИМС постоянен и не изменяется при наличии бора в эпитаксиальных слоях. Этот факт можно использовать для оценки концентрации бора по компенсации деформации с использованием HRRLM. На рис. 4а, б показаны ВРРЛМ из собственного и легированного бором слоя Si 0,65 Ge 0,35 толщиной 100 нм. Сдвиг пика SiGe из-за легирования бором происходит только вдоль k Направление // , демонстрирующее отсутствие релаксации напряжения в эпитаксиальном слое.Концентрация бора (C B ) была рассчитана по параметрам несоответствия ( f // и ф Á ), используя следующие уравнения: слой

$$ f=\frac{1-\nu}{1+\nu}\left({f}_{\perp }-{f}_{//}\right)+{f}_{// }{} $$

(1)

$$ {\mathrm{C}}_{\mathrm{B}}=\frac{f}{\beta} $$

(2)

, где ν — коэффициент Пуассона для SiGe ( ν  = 0.287), а β — коэффициент сжатия бора в Si (6,3 ± 0,1 × 10 −24 см 3 /атом) [14]. Извлеченное значение показывает уровень легирования бором 1–3 × 10 20 см -3 . Здесь стоит отметить, что эта выделенная величина представляет собой концентрацию замещающих (или активных) атомов бора в матрице SiGe [26, 27].

В структуре транзистора слой SiGe, легированный бором, состоял из двух слоев, где основным материалом, вызывающим напряжение, был Si 0.60 Ge 0,40 , но жертвенный слой Si 0,80 Ge 0,20 наносился для силицирования в областях S/D. Этот покрывающий слой расходуется во время образования силицида, и находящийся под ним SiGe не подвергается никакому вреду. Изображение поперечного сечения обработанного транзистора показано на рис. 5. Анализ ЭДС демонстрирует профиль различных слоев. Исследуемые элементы: германий, кремний, никель и кислород. Сигнал кислорода был на уровне шума, что свидетельствует об отсутствии загрязнения на границе раздела или внутри слоя SiGe.Профиль образовавшегося NiSiGe поверх S/D привел к выталкиванию атомов Ge в нижний слой SiGe, вызывая нагромождение на границе раздела [19]. Наблюдается расхождение содержания Ge по данным РФА и ЭДС (Si 0,60 Ge 0,40 и Si 0,65 Ge 0,35 соответственно). Здесь следует отметить, что содержание Ge рассчитывалось методом РФА по деформации в слое, частично компенсируемой атомами бора, тогда как ЭДС показывает атомарную концентрацию Ge.

Рис. 5

ПЭМ-изображение поперечного сечения обработанного транзистора с ЭДС-анализом профилей различных слоев

На заключительном этапе 22-нм PMOS-транзисторы со встроенными модулями SiGe S/D и HK и MG-процесса характеризуются электрическими характеристиками. На рисунке 6а показаны кривые передаточной характеристики I d – V g , а на рисунке b показаны кривые выходной характеристики I d – V d . Результаты показывают, что управляющий ток насыщения устройства SiGe S/D увеличивается с 488 до 639 мкА/мкм, в то время как I off изменяется с 0.83 до 1,32 нА/мкм, в основном из-за процессов замены истока и стока SiGe и дефектов, присутствующих в пленке. Во вставленной таблице приведены сравнения электрических характеристик устройства между 22-нм объемным PMOS SiGe S / D и устройством Si. Результаты показывают, что устройство PMOS с SiGe S/D имеет повышение производительности на 30% по сравнению с традиционным кремниевым устройством, а другие связанные параметры производительности не слишком сильно изменились.

Рис. 6

Кривые характеристик передачи ( a ) и ( b ) выходных характеристик планарных устройств 22 нм с SiGe S/D по сравнению с Si S/D

Дочерняя компания Sematech ATDF разработает металлический сток-транзистор для Acorn Technologies

ATDF, ведущий технологический научно-исследовательский центр для полупроводниковой промышленности, был выбран Acorn Technologies, Inc., чтобы изготовить собственную запатентованную технологию транзисторов исток/сток с металлическим изолятором, называемую XMOS, для усовершенствованных интегральных схем (ИС). Эти транзисторы заменяют традиционные переходы из легированного кремния на пассивированные интерфейсы металл-кремний (переходы Шоттки). Такие транзисторы могут масштабироваться до гораздо меньших размеров, с более высокой производительностью, улучшенным выходом, более быстрым переключением и меньшим рассеиванием мощности.

Acorn Technologies — частная компания по управлению интеллектуальным капиталом, занимающаяся исследованиями и разработками, базирующаяся в Лос-Анджелесе, Калифорния.Согласно недавно подписанному соглашению, ATDF будет производить прототипы полевых транзисторов (FET) с использованием технологии Acorn XMOS вместо рассеянных переходов исток/сток. Существенным преимуществом этих устройств является их способность масштабироваться до очень малых размеров элементов, что позволяет продолжить действие закона Мура далеко за пределы ограничений обычных методов легирования.

«Acorn уже некоторое время занимается разработкой этой технологии собственными силами. Когда пришло время изготовить наше устройство, используя самые передовые возможности обработки, мы посмотрели на несколько производственных мощностей в отрасли.Мы выбрали ATDF из-за их скорости выполнения и способности создавать передовые технологии», — сказал Том Хорган, главный исполнительный директор Acorn.

Преимущество работы с ATDF для Acorn заключается в том, что она управляет передовой фабрикой промышленного качества, способной производить полупроводниковые микросхемы, соответствующие узлу SIA 65 нанометров и меньше. Он используется членами SEMATECH и другими компаниями для разработки новых современных полупроводниковых устройств и микросхем.

Используя полнопотоковую обработку транзисторов, инженеры и техники ATDF будут работать над изготовлением устройств Acorn, проходя ряд поэтапных этапов.Проект займет около семи месяцев, чтобы разработать новый технологический процесс и интеграцию устройств для реализации работающих XMOS-транзисторов.

«Мы с нетерпением ждем этого проекта как демонстрации роли нашей компании в качестве катализатора коммерциализации», — сказал Юрген Воэль, генеральный менеджер ATDF. «Это именно та работа, которую мы делаем лучше всего: расширенная обработка с использованием передовых инструментов в сжатые сроки».

Acorn Technologies, Inc.


Прогнозируется, что подходящие регионы для выращивания кофе, кешью и авокадо изменятся по мере потепления Земли.

Цитата : Дочерняя компания Sematech ATDF разработает транзистор стока с металлическим истоком для Acorn Technologies (9 июня 2005 г.) получено 13 марта 2022 г. с https://физ.org/news/2005-06-sematech-subsidiary-atdf-metal-source.html

Этот документ защищен авторским правом. Помимо любой добросовестной сделки с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в ознакомительных целях.

Исследование боковой диффузии носителей и последовательного сопротивления исток-сток в самовыравнивающихся копланарных тонкопленочных транзисторах InGaZnO с верхним затвором

, где процесс изготовления TFT представлен в разделе «Методы».На рисунке 1(b) показан схематический график концентрации носителей вдоль канала между истоком и стоком в копланарных a-IGZO TFT TG-SA. Вблизи переходов исток и сток носители диффундируют из n + -допированных областей расширения истока/стока в область канала. Сплошные линии представляют концентрацию носителя равновесия ( N 0 ) и пунктирные линии, представляют собой концентрацию авторских носителей V GS на два разных V GS S ( V GS1 > V GS2 ).Как видно на рис. 1(b), существуют две отдельные области: одна — это область, где концентрация носителей, индуцированная V GS , выше, чем n 0 , а другая — это область, где n 0 выше, чем концентрация носителей, индуцированная V GS . Проводимость в первой области контролируется V GS , поэтому эту область можно рассматривать как область эффективного канала. Поскольку эффективный канал заканчивается там, где концентрация носителей, индуцированная V GS , равна n 0 , эффективная длина канала ( L eff ) увеличивается с увеличением .Δ L определяется как разница между длиной вытянутого канала ( L ) и L eff L  =  L  − 

5 eff
  • 6). R ext — последовательное сопротивление исток-сток, относящееся ко всем областям за пределами эффективной области канала.

    Рисунок 1

    ( a ) Схема поперечного сечения изготовленных копланарных a-IGZO TFT из TG-SA. ( b ) Схематический график концентрации носителей вдоль канала между истоком и стоком в копланарных a-IGZO TFT TG-SA.

    На рисунке 2(a) показаны передаточные кривые копланарных a-IGZO TFT TG-SA, измеренные в линейной области (напряжение сток-исток ( В DS ) = 0,1 В). L варьировали от 3 до 20 мкм, а ширину канала ( W ) фиксировали на уровне 4 мкм. На рисунке 2(а) показано, что В th смещается отрицательно, а ток включения увеличивается с уменьшением L . Эти результаты согласуются с результатами предыдущих работ 17,18,19 и более отрицательное смещение V th в более коротком канале TFT объяснялось более высокой концентрацией носителей в области канала, вызванной диффузией носителей из n + -допированные области истока/стока 17 .На рисунке 2(b) показаны V th s, полученные из изготовленных копланарных a-IGZO TFT TG-SA с различными L s. Здесь V th определялась пересечением экстраполированной кривой с осью V GS в линейно-масштабной передаточной характеристике.

    Рисунок 2

    ( a ) Передаточные кривые компланарных a-IGZO TFT TG-SA с различными5, 6, 10, 20 мкм) измерено в линейной области ( В ДС  = 0,1 В) ( б ) В th с получено из изготовленного копланара ТГ-СА с IGZOFT а-ИГЗОФТ разные л с.

    Для извлечения поперечного распределения концентрации носителей вблизи переходов исток/сток в копланарных a-IGZO TFT TG-SA использовалась пара V GS на основе TLM 20 . В копланарных ТПТ TG-SA полное сопротивление между электродами истока и стока, измеренное в линейной области ( R tot ), можно выразить с помощью следующего уравнения:

    $${R}_{{\rm{ tot}}} = \ frac {{V} _ {{\ rm {DS}}}} {{I} _ {{\ rm {D}}}} = \ frac {L — {\ rm {\ Delta} } L}{W\cdot {\mu }_{{\rm{FEi}}}\cdot {C}_{{\rm{i}}}\cdot ({V}_{{\rm{GS} }}-{V}_{{\rm{th}}}-{V}_{{\rm{DS}}}/2)}+{R}_{{\rm{ext}}}$$

    (1)

    , где μ FEi — собственная полевая подвижность, а C i — емкость изолятора затвора на единицу площади соответственно.На рисунке 3(а) показан график R t ot L , измеренный для TFT с различными DS 0,1 В для различных В GS с (от 1 до 5 В с шагом 0,2 В). Рисунок 3(b) представляет собой увеличенное изображение обведенной области на рисунке 3(a). В паре В ГС на основе ТЛМ Δ Л и Р доб при определенном В ГС извлекаются из пересечения двух прямых линий, полученных при двух близко расположенных напряжениях ( 5 5 V GS  ± Δ V GS ), где Δ V GS равно 0.2 В в этой работе. На рис. 4(a,b) показаны Δ L и нормализованная по ширине R ext ( W  ·  R ext ), извлеченные как функция 10 9 9 GS V парный V GS на базе TLM. Δ L и R ext в значительной степени модулируются V GS , что подтверждает наличие непреднамеренно легированных областей, образованных латеральной диффузией носителей из n + -допированных областей расширения истока/стока. в изготовленных копланарных a-IGZO TFT TG-SA.Результаты на рис. 4(a) и определение L eff на рис. 1(b) позволяют извлечь распределение концентрации латеральных носителей в непреднамеренно легированных областях вблизи переходов исток/сток. В TFT индуцированная V GS концентрация несущих в канале ( n ( V GS )) может быть рассчитана с использованием следующего уравнения 21 :

    $$n({V}_ {{\rm{GS}}})={C}_{{\rm{i}}}\cdot ({V}_{{\rm{GS}}}-{V}_{{\rm{ th}}})/q\cdot t$$

    (2)

    , где q и t — заряд электрона и толщина канала соответственно.Как показано на рис. 1(b), L eff (= L   Δ L ) заканчивается, где n равно n 0 090TG в копланарной плоскости -IGZO TFT, поэтому Δ L однозначно определяется при конкретном значении V GS по результатам рис. 4(a). Поскольку и n , и Δ L получены как функция V GS , мы можем выделить n 0 в определенном положении в непреднамеренно легированных областях вблизи переходов исток/сток путем сопоставления Δ L /2 и n значения рассчитаны на каждые V GS .На рис. 5 показано поперечное распределение n 0 в непреднамеренно легированных областях вблизи переходов исток/сток в изготовленном компланарном ТПТ TG-SA с . Это показывает, что N 0 резко уменьшается от 1,5 × 10 18 см -3 до 8,2 × 10 16 см -3 в качестве расстояния от края канала (δ l / 2) увеличивается с 0,16 мкм до 1.63 мкм.

    Рисунок 3

    ( A ) R T OT L Участок, измеренный от TFTS с различными л S ( L = 6, 12, 20 мкм) на данном В DS 0,1 В для различных В GS с (от 1 до 5 В с шагом 0,2 В). ( b ) Увеличенное изображение обведенной области в ( a ).

    Рисунок 4

    (

    ) δ L и ( B ) Ширина Нормализована R EXT ( W · R EXT ) Извлечена как функция V GS с помощью парного TLM V GS на основе GS .Рис. 5

    Распределение концентрации носителей в поперечном направлении в области канала, удаленной от переходов исток/сток, может быть извлечено с использованием данных температурно-зависимых характеристик передачи, полученных от TFT с различными L с. На рисунке 6(a–e) показаны линейные передаточные кривые в зависимости от температуры ( V DS  = 0.1 В) TFT с различными L с ( L  = 3, 4, 6, 12, 20 мкм), измеренными при низких В GS с, и на рис. графики, полученные по результатам на рис. 6 (а–е). В ТПТ на основе неупорядоченных полупроводников энергетическое расстояние между уровнем Ферми и краем зоны проводимости в условиях плоской зоны извлекаются с использованием температурно-зависимых передаточных характеристик в соответствии с процедурой, описанной в предыдущих работах 22,23,24 .На рис. 8 показана эволюция E aFB и n 0 , извлеченных из TFT с различными L s с использованием экспериментальных результатов на рис. 6 и 7. $${n}_{0}={n}_{{\rm{IGZO}}}\cdot \exp (-{E}_{{\rm{aFB}}}/kT)$$

    (3)

    , где n IGZO — эффективная плотность состояний на краю зоны проводимости в IGZO при комнатной температуре (=5.0 × 10 18  см −3 ) 25 и k — постоянная Больцмана соответственно. На рисунке 8 показано, что E aFB увеличивается, а n 0 уменьшается с увеличением L . Эти результаты согласуются с положительным сдвигом V th с увеличением L , наблюдаемым на рис. 2. края канала из-за диффузии носителей из n + -допированных областей расширения истока/стока.Учитывая, что диффузия носителей происходит как из области истока, так и из области стока, считается, что n 0 имеет наименьшее значение в середине канала. Поскольку V th латерально неравномерно легированного TFT определяется наименьшей концентрацией носителей в области канала, рассчитанное n 0 с на рис. 8 основано на результатах на рис. 6 и 7. можно считать n 0 в середине канала в каждом TFT с разными L s.Эти результаты позволяют извлечь значения n 0 в зависимости от расстояния от края канала в области канала, удаленной от переходов исток/сток. На рисунке 9 показано поперечное распределение n 0 во всей области канала изготовленного копланарного TFT TG-SA с L  = 20 мкм. Рис. 6 мкм, ( c ) 6 мкм, ( d ) 12 мкм и ( e ) 20 мкм).Рисунок 7 d ) 12 мкм и ( e ) 20 мкм).

    Рисунок 8

    E AFB (= E C E F0 ) и N 0 извлечены из TFTS с различными л с. Рисунок 9

    Поскольку относительно более высокое значение R ext считается недостатком копланарной структуры TG-SA, чем структура нижнего затвора в a-IGZO TFT, извлечение точных значений R ext очень важно в копланарных a-IGZO TFT TG-SA для дальнейшего улучшения электрических характеристик устройств. В этой работе мы впервые исследовали влияние L на R ext компланарного a-IGZO TFT TG-SA с использованием DCCM.Как показано на рис. 4(b), R ext копланарного a-IGZO TFT TG-SA может быть извлечен не только с помощью DCCM, но и с помощью парного TLM на основе V GS . Однако, поскольку предполагается, что R ext одинаковы во всех TFT с разными L в парном TLM V GS , извлеченные R ext V TLM на базе GS является усредненным из TFT с разными L s.DCCM был разработан для извлечения последовательных сопротивлений истока и стока, индуцированных V GS ( R ext, S и R ext, D ) в слабо легированном стоке оксида металла. полупроводниковые полевые транзисторы 26 . Он может извлекать R ext,S и R ext,D отдельно, используя I D s и выходные проводимости ( G D ), измеренные в прямом и обратном направлениях. режимы работы в линейном режиме работы соответственно.DCCM состоит в том, чтобы сформировать четыре независимых уравнения для решения R EXT, S , R EXT, D , μ Fe, FWD, и μ Fe, Rev , где μ FE,fwd и μ FE,rev равны μ FE s для операций прямого и обратного режимов соответственно. Уравнения (4) и (5) являются двумя из четырех уравнений, которые относятся к работе в прямом режиме, а уравнения (6) и (7) относятся к работе в обратном режиме.{\ ast} \) / v ds = 1 — g d · ( R EXT, D + R EXT, S ). R EXT, S R , R EXT, D , μ Fe, FWD и μ Fe, Rev можно извлечь из измеренного и обратного режима I D и G D при любой заданной V GS путем решения четырех уравнений одновременно численными методами.Поскольку для DCCM требуется только одно устройство для извлечения R ext , его можно использовать для исследования влияния L на R ext в копланарных a-IGZO TFT TG-SA. На рисунке 10 показаны W · R EXT ( W · ( R · ( R EXT, S + R EXT, D )) Извлечены как функция V OV в изготовленном TG-SA копланарном a-IGZO TFT с разными L s, где V OV представляет собой V GS  −  V th .Для сравнения, W  ·  R ext , извлеченный с использованием парного TLM на основе V GS на рис. 4(b), также включен в качестве вставки. Результаты на рис. 10 ясно показывают, что R ext увеличивается с увеличением L особенно при низких V GS s. Учитывая, что в R ext при низких V GS s преобладают непреднамеренно легированные области канала, образованные боковой диффузией носителей из n + -допированных областей расширения истока/стока вблизи истока/стока R ext в TFT с более длинным каналом, как полагают, в основном вызвано усиленной диффузией носителей (большой Δ L ) из-за большего градиента концентрации носителей в устройствах с более длинным каналом.

    Рисунок 10

    W · r · R · R Ext ( W · ( R EXT, S + R EXT, D )) Извлеченный как функция V OV в изготовленном копланарном a-IGZO TFT TG-SA с разными L s.

  • alexxlab

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.