Субмикронные интегральные схемы: элементная база и проектирование. Рындин Е.А - 13 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТТИ ЮФУ | Таганрог

Составители: 

Рубрика: 

25
Таблица 1
Шаг кристаллической решетки а
0
, ширина запрещенной зоны Е
G
и подвижности электронов m
n
и дырок m
p
некоторых полупроводников [28]
Полупроводник а
0
, нм Е
G
, эВ
m
n
, см
2
/(В·с) m
p
, см
2
/(В·с)
GaAs 0,5654 1,42 8500 420
AlAs 0,5661 2,95 - -
Ge 0,5658 0,89 3800 1820
InP 0,5869 1,26 4600 150
InAs 0,6057 0,35 27000 450
AlSb 0,6135 2,50 - -
InSb 0,6479 0,17 78000 750
Кроме того, для создания гетероструктур широко используются различные
твердые растворы (Al
x
Ga
1-x
As, Ga
x
In
1-x
P, Ga
x
In
1-x
As, Al
x
In
1-x
As и др.), параметры ко-
торых могут изменяться в широких пределах в зависимости от процентного содер-
жания составляющих (0 < x < 1).
Гомоструктурными называют транзисторы, изготовленные из однородного по
составу полупроводника. Пути повышения быстродействия и снижения энергии
переключения таких структур лежат в двух основных направлениях:
1) сокращение размеров активных областей приборов и рабочих напряжений;
2) использование полупроводников с высокой подвижностью и скоростью дрейфа
носителей [28, 29].
Ниже рассмотрены особенности субмикронных полевых транзисторов с
управляющими переходами Шоттки (ПТШ) на основе арсенида галлия (рис. 10),
принцип функционирования которых состоит в изменении напряжением затвор-
исток ширины области пространственного заряда управляющих переходов Шоттки,
в результате чего изменяется эффективное сечение канала и осуществляется управ-
ление проводимостью транзистора. Полевые транзисторы Шоттки широко исполь-
зуются в качестве элементной базы современных GaAs-СБИС по сравнению с бипо-
лярными и МДП-структурами вследствие свойственных ПТШ преимуществ:
- отсутствие p-n-переходов между сток-истоковыми областями и областью кана-
ла, в результате чего минимальная длина канала ПТШ не ограничивается эф-
фектом смыкания [30];
- области пространственного заряда управляющих переходов Шоттки локализуют
проводящий канал ПТШ в объеме полупроводника, а не у поверхности полу-
проводник – диэлектрик, как в МДП-транзисторах, что обеспечивает повыше-
ние подвижности носителей заряда более чем в 2 раза [31];
- использование управляющих контактов металл-полупроводник обеспечивает
повышенную устойчивость к воздействию ионизирующих излучений по срав-
26
нению с МДП-структурами, в подзатворном диэлектрике которых под воздейст-
вием радиации накапливается положительный заряд дырок, захваченных ло-
вушками у границ раздела диэлектрик – металл и диэлектрик – полупроводник,
приводящий к сдвигу пороговых напряжений и снижению помехоустойчивости
элементов СБИС;
- сравнительно простая структура интегральных ПТШ (см. рис. 10) позволяет
повысить процент выхода годных кристаллов СБИС за счет сокращения числа
технологических операций и малого разброса параметров транзисторных струк-
тур по пластине.
Рис. 10. Гомоструктурный ПТШ на основе GaAs
В качестве элементной базы кремниевых СБИС в настоящее время наиболее
широко используются КМОП-элементы вследствие свойственной им малой энергии
переключения, а также ряда схемотехнических и технологических особенностей (см.
подразд. 3.1.). В GaAs-СБИС использование комплементарных пар транзисторов
затруднительно ввиду низкой подвижности дырок (m
n
/m
p
> 20, см. табл. 1) и значи-
тельного снижения подвижности электронов в приповерхностных каналах МДП-
структур [28, 31].
Высокочастотные свойства ПТШ определяются временем пролета носителей
заряда от истока к стоку t
ПР
, которое в одномерном приближении определяется ин-
тегралом
() ()
ò
=
L
ПР
xEx
dx
0
2
1
m
t
, (1)
где L – длина канала; x – координата в направлении длины канала; m(x) – подвиж-
ность носителей; E(x) – напряженность электрического поля в канале [28].
Соответствующая граничная частота определяется выражением
p
t
2
1
ПР
T
f
=
[28]. (2)
Современные гомоструктурные GaAs-ПТШ характеризуются граничными
частотами 20 – 60 ГГц при длинах канала 0,1 – 0,25 мкм [28, 29].

Страницы