Реферат: Конструктивно-технологические варианты исполнения биполярного и полевого транзисторов в одном кристалле. Инжекционно-полевая логика
Рис. 7. Структура нормально закрытого полевого n -канального транзистора с управляющим р-п переходом: /— область канала; 2 — область объемного заряда; 3 — диффузионно-легированная кольцевая р - область затвора; 4 — ионно-легированная п + - область стока.
Описанный выше режим работы полевого транзистора не оптимален с точки зрения обеспечения привычных характеристик полевых транзисторов, в частности высокого входного сопротивления, реализуемых в традиционных схемах. Однако такой режим работы является единственно возможным для осуществления работы ИПЛ-инверторов в логических схемах непосредственно друг на друга без промежуточных каскадов и при одном только источнике питания.
Включение переключательного полевого транзистора по схеме с общим истоком, а биполярного нагрузочного транзистора по схеме с общей базой позволяет строить логические схемы на ИПЛ-элементах в общей подложке без эпитаксиального слоя и без изоляции отдельных элементов друг от друга. Это заранее предопределяет простоту технологии, повышение выхода годных микросхем и снижение их стоимости.
Топология элемента допускает в случае необходимости выполнение выходов инвертора в виде нескольких независимых стоковых областей, аналогичных многоколлекторному выходу классической инжекционной логики. С целью получения более высокого быстродействия элементов инжекционно-полевой логики, их строки формируют совмещенными с диодами Шотки (рис. 8). В основу конструкции элемента ИПЛ с диодами Шотки положена обычная планарно-эпитаксиальная структура со скрытым n + -слоем. Изолирующие области р + -типа в ней соединены металлизацией с n + -областью стока полевого транзистора.
Кроме описанной выше и приведенной на рис. 6 основной структуры ИПЛ-элемента возможны и другие ее варианты, использующие различные конструкции переключательного и нагрузочного элементов. Общим для всех модификаций будет принцип работы, заключающийся в инжекции неосновных носителей заряда посредством прямосмещенного р-п перехода в истоковую область нормально закрытого полевого транзистора с последующим их коллектированием выпрямляющим переходом затвор — исток полевого транзистора, за счет чего и осуществляется управление проводимостью канала.
На рис. 8 представлена функционально-интегрированная биполярно-полевая структура, формируемая с применением ионной имплантации. В ней биполярный р- n -р -транзистор изготавливается по обычной планарно-эпитаксиальной технологии, а для формирования области стока нормально закрытого ПТУП и создания необходимой низкой концентрации примесей в п -области канала используются две операции ионного легирования.
а)
Рис. 8. Структура (а) и эквивалентная электрическая схема (б) элемента инжекционно-полевой логики с диодами Шотки
Рис. 9. Структура биполярного-полевого элемента микросхемы с применением ионного легирования: /— подложка; 2 — скрытый n + -слой; 3 — эпитаксиальный n -слой; 4 — область перекомпенсирования примеси n -типа имплантацией бора; 5 — окисел кремния; 6 — фоторезист
Одним из важнейших условий формирования структуры полевого транзистора в ИПЛ-схемах является обеспечение низкой (на уровне 10|3 ...1015 см~3 ) концентрации примеси в канале. Поэтому вначале имплантацией примеси р-типа в базовую область р-п-р-транзистора за счет перекомпенсации создается участок с пониженной концентрацией донорной примеси (рис. 9,6), а затем имплантацией примеси n-типа формируется г-область стока полевого транзистора.
Перспективы развития инжекционно-полевой логики на основе нормально закрытого полевого транзистора оцениваются очень высоко, что объясняется возможностью создания на их основе сверхскоростных, сверхбольших интегральных микросхем и их способностью работать в широком диапазоне температур. Предполагается, что интегральные микросхемы на элементах ИПЛ найдут применение при создании аналоговых устройств (операционных усилителей, аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей, усилителей считывания в цифровых устройствах), логических устройств (БИС-часов и микрокалькуляторов, однокристальных ЭВМ), запоминающих устройств (БИС оперативной памяти, БИС ПЗУ и др.).
Рис. 10. Структура кристалла микросхемы, содержащей ЭСЛ и ИПЛ, изготовляемых в одном технологическом процессе с комбинированной изоляцией.
Некоторые конструктивно-технологические решения направлены на создание на одном кристалле элементов инжекционно-полевой логики и элементов других схемотехнических базисов (рис. 10).
ЛИТЕРАТУРА
1. Новиков Ю.В. Основы цифровой схемотехники. Базовые элементы и схемы. Методы проектирования. М.: Мир, 2001. - 379 с.
2. Новиков Ю.В., Скоробогатов П.К. Основы микропроцессорной техники. Курс лекций. М.: ИНТУИТ.РУ, 2003. - 440 с.
3. Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я. Цифровые устройства: Учеб. пособие для ВТУЗов. СПб.: Политехника, 2006. - 885 с.
4. Преснухин Л.Н., Воробьев Н.В., Шишкевич А.А. Расчет элементов цифровых устройств. М.: Высш. шк., 2001. - 526 с.
5. Букреев И.Н., Горячев В.И., Мансуров Б.М. Микроэлектронные схемы цифровых устройств. М.: Радио и связь, 2000. - 416 с.
6. Соломатин Н.М. Логические элементы ЭВМ. М.: Высш. шк., 2000. - 160 с.