1.4.3. 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 :

(1.21)

Для ПТ с управляющим p-n-переходом остаются справедливыми все соотношения, полученные для порогового напряжения и ВАХ ПТШ с заменами где

(1.22)

контактная разность потенциалов перехода затвор-канал. При ВАХ ПТ с управляющимp-n-переходом и ПТШ идентичны. Практически величина составляет 0,9...0,95, что приводит к соответствующему снижению крутизны.

ПТ с управляющим p-n-переходом имеют большие, чем ПТШ, значения краевых емкостей ии, которые включают торцевые площадиp-n-перехода.

Преимуществом ПТ с управляющим p-n-переходом является большая величина контактной разности потенциалов по сравнению с барьерным потенциалом. Величинасоставляет обычно около 1,2 В, что существенно расширяет рабочий 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, чтор-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 МОП-транзисторов (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 комплементарных ПТ с управляющим p-n-переходом представлена на рисунке 1.16. 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 кр⁺-областям используются слои или

Рисунок 1.16 - Структура комплементарных полевых транзисторов с управляющим переходом и последовательность технологических операций ее изготовления: 1 - (100 нм); 2 - фоторезист; 3 – затворр-канального транзистора; 4 – сток и истокn-канального транзистора; 5 – затворn-канального транзистора; 6 – сток и истокр-канального транзистора.

а – имплантация n⁺ (Si⁺); б – имплантация;в – имплантация; г – имплантация.