- •Курс Твердотельной электроники
- •1. Физические основы твердотельной электроники
- •1.1. Диффузионный и дрейфовый ток в полупроводниках
- •1.2. Зависимость подвижности от концентрации примесей,
- •1.3. Фундаментальная система уравнений
- •1.4. Обеднение, обогащение и инверсия
- •1.5. Потенциальный барьер
- •1.6. Область пространственного заряда p-n перехода
- •1.7. Зависимость концентраций неосновных неравновесных носителей зарядов на границах от напряжения на переходе
- •1.8. Рекомбинация неравновесных носителей заряда
- •1.9. Условия на контактах и поверхностная рекомбинация
- •1.10. Распределение неосновных носителей заряда вблизи p-n-перехода
- •2. Элементы и процессы твердотельной электроники
- •2.1. Распределение носителей и коэффициент передачи тока в транзисторной структуре
- •2.2. Физическая структура биполярного транзистора
- •2.3. Биполярные транзисторы интегральных схем
- •2.4. Кремниевые транзисторы свч диапазона
- •2.5. Энергетическая диаграмма контакта металл-полупроводник
- •2.6. Токи в контакте металл-полупроводник
- •2.7. Гетеропереходы
- •2.8. Туннелирование в p-n-переходе
- •2.9. Лавинное умножение
- •2.10. Структура металл-диэлектрик-полупроводник
- •2.11. Пороговое напряжение мдп транзистора
- •2.12. Вольт-амперная характеристика мдп транзистора
- •2.13. Конструктивные разновидности мдп транзисторов
- •2.13.1. Мощные моп транзисторы
- •2.13.2. Элементы сбис
- •2.14. Элементы зу на мдп транзисторах
- •2.14.1. Мноп транзистор
- •2.14.2. Транзисторы с плавающим затвором
- •2.15. Приборы с зарядовой связью
- •2.15.1. Передача заряда между затворами
- •2.15.2. Накопление заряда в моп структурах
- •2.15.3. Связь между зарядом и поверхностным потенциалом
- •2.15.4. Перенос заряда под затвором
- •3. Основные технологические процессы микроэлектроники
- •3.1. Диффузия
- •3.2. Окисление
- •3.3. Ионное легирование
- •3.3.1. Распределение Гаусса
- •3.3.2. Другие распределения
- •3.3.3. Боковое уширение распределения ионов
- •3.4. Эпитаксия
- •4. Курсовое проектирование
- •4.2. Резкий p-n-переход
- •4.3. Диффузионные переходы
- •4.4. Токи диффузионных переходов
- •4.5. Биполярный транзистор интегральных схем
- •4.6. Малосигнальные параметры биполярных транзисторов
- •4.7. Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом
- •4.8. Полевой транзистор с изолированным затвором
2.13.2. Элементы сбис
Рис.
28. Структура
LDD
транзистора. Структура симметрична
относительно показанной оси. Поликремниевый
затвор Окисленный
поликремний Слаболегированные
области истока и стока Тонкий
подзатворный окисел n+
области стока и истока p–подложка
2.14. Элементы зу на мдп транзисторах
Постоянные запоминающие устройства относятся к числу наиболее простых и широко распространенных БИС с широкими возможностями, определяемыми заданной системой микрокоманд и программой, которая записывается в оперативное или постоянное ЗУ. Использование ПЗУ с электрической перезаписью обеспечивает микропроцессору большую гибкость и удобство отладки. Создание ПЗУ с электрической перезаписью на основе структур металл-диэлектрик-полупроводник с нитридом кремния (МНОП- транзистор) и транзисторов с плавающим затвором было существенным шагом вперед по сравнению с применяемым раннее способом однократного занесения информации в ПЗУ.
Использование МДП транзисторов в качестве элементов программируемых ПЗУ основано на возможности изменения порогового напряжения путем изменения заряда в затворе транзистора.
2.14.1. Мноп транзистор
Структура транзистора с нитридом кремния в затворе показана на рис. 29. Нитрид кремния выращивается на туннельно прозрачном слое двуокиси кремния и представляет собой поликристаллическую пленку полупроводника с шириной запрещенной зоны около 5 эВ с большой концентрацией ловушек, аналогичных поверхностным состояниям на границе раздела.
Рис.
29. МНОП
транзистор. Нижний
туннельно прозрачный SiO2,
20 Å, верхний,
50 Å, предотвращает
инжекцию носителей в нитрид из
верхнего поликремниевого затвора.
Для записи электронов на затвор подается положительное напряжение, превышающее критическое значение, обычно 20 - 30 В. Имеющиеся в достаточном количестве в канале транзистора электроны туннелируют из зоны проводимости кремния сквозь окисел на ловушки в запрещенной зоне нитрида, рис. 30.
При стирании, т.е. удалении электронов из нитрида, затвор заземляется , а на подложку подается положительное напряжение около 40 В. Электроны возвращаются из ловушек в нитриде в зону проводимости кремния, рис. 30. Механизм переноса электронов сквозь нитрид представляет собой последовательность индуцированных полем переходов с уровней ловушек в зону проводимости нитрида кремния. Время записи составляет обычно около 1 мс, время стирания около 50 мс. Время хранения заряда не менее 3000 часов, допустимое число циклов перезаписи до 10000. На рис. 31 показано распределение напряженности поля в двухслойном диэлектрике с отрицательным зарядом , сосредоточенным на границе раздела. Это примерно соответствует ситуации в МНОП структуре, т.к. захваченные на ловушки электроны не распространяются далеко вглубь нитрида
,
Рис.
30. Запись
электронов в нитрид
Рис.
31.
Распределение напряженностей поля в
двухслойном диэлектрике с отрицательным
зарядом на границе раздела
С ростом при записиуменьшается, приток сквозьпрекращается, а величина записанного заряда электронов становится равной
под действием отрицательного заряда положительное пороговое напряжение увеличивается на величину