23. Сравнительный анализ электрических характеристик птуп и птш.

3.6 Сравнительные характеристики ПТ с управляющим p-n-переходом и ПТШ

Принцип действия полевого транзистора (ПТ) с управляющим p-n-переходом аналогичен принципу действия ПТШ, только вместо барьерного контакта Шоттки для модуляции толщины канала используется p-n-переход.

Под действием напряжения затвор–исток изменяется толщина ОПЗ (p-n-перехода), модулируя ток стока.

Изменение толщины канала соответствует изменению толщины n-области p-n-перехода X_dn. Соотношение между толщиной n- и р- областей перехода определяется результирующими концентрациями примеси в затворе N_a и канале N_d.

Из условия электронейтральности ОПЗ N_dX_dn = N_aX_pn, где X_dn и X_pn – части ОПЗ в p- и n-областях, соответственно и, естественно, X_d = X_dn+X_dp. Следовательно,

, и ,

или, коэффициент модуляции толщины канала .

При К_м = 1 степени управления токами стокапутем изменения толщины канала в ПТ ПТУП и ПТШ идентичны. Практически величина К_м составляет 0,9… 0,95, так как N_d >> N_a, что приводит к соответствующему снижению крутизны ПТ ПТУП.

ПТ с управляющим p-n-переходом имеет большие, чем ПТШ значения емкостей С_зи, С_зс и С_си, так как включают торцевые емкости p-n-перехода.

Преимуществом ПТ ПТУП является большая величина контактной разности потенциалов φ_к по сравнению с барьерным потенциалом φ_б, так как величина с учетом большей величины N_d и малой n_i составляет обычно около 1,2 В, что существенно расширяет диапазон напряжений затвор – исток нормально закрытых ПТ.

Другим важным преимуществом является возможность создания в ИМС комплементарных транзисторных пар с каналами n- и р-типа. При использовании ПТШ такая возможность практически отсутствует из-за трудностей создания высококачественных контактов Шоттки к . Заметим, что р-канальные ПТ на арсениде галлия не обладают высоким быстродействием ввиду низкой подвижности дырок. Однако цифровые ИМС на комплементарных ПТ с управляющим p-n-переходом обладают исключительно высокой радиационной стойкостью. Их радиационная стойкость значительно выше, чем биполярных транзисторов (где существенную роль играют неосновные носители, концентрация которых изменяется при облучении) и МОПТ (чьи характеристики деградируют из-за радиационных дефектов в окисле и на поверхности).

Недостатком ПТ с управляющим p-n-переходом является возможная инжекция дырок в n-канал при сильном отпирании перехода. Инжектированные дырки обладают низкой подвижностью, и их рассасывание замедляет процесс выключения ПТШ ПТ.

Наиболее перспективным технологическим методом создания ПТ с управляющим p-n-переходом является ионная имплантация донорных и акцепторных примесей в чистую подложку . В качестве акцепторов применяются бериллий или магний.

Последовательность технологических операций при создании компле-ментарных ПТ с управляющим p-n-переходом представлена на рисунке 3.8. Формирование слоев n⁺-затвора р-канального ПТ, n⁺-областей каналов, р⁺-областей стока и истока р-канального ПТ, а также р⁺-затвора n-канального ПТ осуществляется путем четырех последовательных имплантаций ионов Si⁺ и Mg⁺ через реактивно распыленный слой (100 нм) в фоторезистивную маску. Для создания омических контактов к р⁺-областям используются слои или

1 – (100 нм); 2 – фоторезист; 3 – затвор р-канального транзистора;

4 – сток и исток n-канального транзистора; 5 – затвор n-канального транзистора; 6 – сток и исток р-канального транзистора

а – имплантация n⁺ (Si⁺); б – имплантация ;

в – имплантация ; г – имплантация

Рисунок 3.8 – Структура комплементарных полевых транзисторов с управляющим переходом и последовательность технологических операций ее изготовления