22. Физические ограничения в микроэлектронике. Электромиграция в имс. Влияние межэлементных соединений на работу имс. Понятие задержки импульса.

Влияние проводников на параметры работы ИМС связано с конечным значением скорости предачи сигнала, в результате чего напряжение, приложенное к одному концу проводника, не может быть передано мгновенно во все точки по его длине. Скорость распространения сигнала по проводнику определяется не его параметрами, но и относительной диэлектрической проницаемости среды, окружающей проводник. Наличие диэлектрической среды с проницаемостью больше единицы приводит к уменьшению скорости распространения сигнала в п/пр и пленочных ИМС в два-три раза ниже, чем в вакууме.

В быстродействующих ИМС время переключения отдельных логических элементов достигает нескольких наносекунд, и задержки в межэлементных соединениях могут существенно снизить быстродействие приборов. Таким образом, при проектировании стремятся к достижению максимальной плотности размещения элементов ИМС.

Между соседними проводниками может существовать связь, определяемая их взаимной индуктивностью и емкостью. За счет этой связи при наличии сигнала в одном проводнике он появляется и в соседнем в виде помехи. Такие связи нужно предотвращать при проектировании ИМС, т. К. помехи могут достигать уровня основного сигнала и устройство окажется неработоспособным.

При больших плотностях тока ( более 100 А/мм²) возможна миграция атомов металла в сторону одного из электродов (рис. 23.10).

В процессе теплового движения происходит движение ионов по междуузлиям, генерация и заполнение вакансий. Этот процесс самодиффузии ионов. При наличии дрейфа электронов они подталкивают ионы. Происходит направленное движение ионов, Захват ионов дрейфом электронов называют «электронным ветром», а направление движение ионов металла под действием потока электронов называют элетромиграцией.

23. Сравнительная характеристика подложек на основе кремния и арсенида галлия. Структура и принцип действия полевых транзисторов с управляющим переходом металл-полупроводник.

При разработке полевых транзисторов с управляющим переходом металл-полупроводник и микросхем на их основе используются следующие преимущества арсенида галлия по сравнению с кремнием:

• Более высокие подвижность электронов в слабых электрических полях и скорость насыщения в сильных полях;

• Большая ширина запрещенной зоны и, как следствие, значительно более высокое удельное сопротивление нелигированного арсенида галлия, позволяющее создавать полуизолирующие подложки микросхемы.

По этим причинам наиболее оптимальным активным элементом, позволяющим реализовать в микросхемах преимущества арсенида галлия по сравнению с кремнием, является полевой транзистор с управляющим переходом металл-полупроводник (МЕП-транзистор).

Между затвором и истоком подается управляющие напряжение U_зи , на сток – положительное напряжение U_си. При изменении управляющего напряжения изменяются толщина обедненного слоя переход Шотки и как следствие, толщина проводящего канала его проводимость и ток стока.

Пороговое напряжение МЕП-транзисторов зависит от толщины, степени легирования канала и расстояния от затвора до канала.

Если пороговое напряжение меньше нуля, то при отсутствии напряжения на затворе транзистора канал является проводящим и транзистор называется нормально открытым .

Если пороговое напряжение больше нуля и нулевом напряжении на затворе канал полностью перекрыт обедненной областью перехода, транзистор является нормально закрытым.

В отличие от МДП транзисторов существует предельное значение напряжения на затворе U_ЗИ^макс=0,6 В, при превышении которого появляется нежелательный ток в цепи затвора, так открывается переход металл-полупроводник. Поэтому ток стока такого транзистора ограничен величиной I_С^макс.

Благодаря более высокой подвижности электронов обеспечиваются большие, чем в кремниевых МДП-транзисторах, значения крутизны при тех же размерах, обусловленные большей скоростью насыщения.