2.14.2. Транзисторы с плавающим затвором

В восьмидесятых годах на смену записи лавинной инжекцией и ультрафиолетовому стиранию широкое применение [3] получила структура транзистора с плавающим затвором, использующая запись горячими электронами и стирание тунннельными токами. На рис.32 показана структура такого прибора.

Рис. 32. Транзистор с плавающим затвором. Окисленный поликремний образует плавающий затвор. ТО – туннельно-прозрачное окно для записи и стирания электронов.

Источником горячих электронов для записи служит стоковая область с сильным продольным полем около . Электроны инжектируются из стоковой области сквозь окисел толщиной около 20 нм. В отличие от лавинной инжекции при записи горячими электронами образуется минимальное число дырок, поэтому токp-подложки в режиме записи достаточно мал.

В режиме стирания электроны с плавающего затвора возвращаются в n⁺-стоковую область сквозь туннельное окно с толщиной окисла около 5 нм. При напряженности поляоколоэлектроны преодолевают треугольный энергетический барьер на границевысотойи шириной. Время записи и стирания для транзисторов с плавающим затвором и туннельным стиранием составляет не более 1 мс, максимальное число циклов перезаписи достигает 10000.

2.15. Приборы с зарядовой связью

Принцип действия приборов с зарядовой связью (ПЗС) основан на передаче подвижных зарядов между неравновесными областями обеднения на поверхности. ПЗС системы представляют собой ряд или матрицу близко расположенных друг к другу МОП структур на общей подложке. Образование областей обеднения и передача заряда достигается изменение напряжения на затворах. Основная область применения ПЗС структур – формирователи сигналов изображения. ПЗС матрица – удачный аналог приемной телевизионной трубки, последовательное считывание зарядов позволяет свернуть плоское изображение в телевизионный сигнал.

На рис. 33 показаны две соседние МОП структуры ПЗС системы на p– подложке. Как следует из рисунка, такая простая ПЗС система не содержит ничего, кроме тонкого окисла и близко расположенных затворов. Подача положительного напряжения на затвор создает под ним область неравновесного обеднения. Неравновесные области обеднения могут существовать довольно длительное время на поверхности кремния.

Рис. 33. Затворы ПЗС структуры.

Информационный заряд может храниться под затвором или передаваться между затворами до тех пор, пока там не накопится фоновый паразитный заряд. Источником таких зарядов в области обеднения будут процессы объемной и поверхностной генерации.

2.15.1. Передача заряда между затворами

Рис. 34. Передача заряда в трехтактной ПЗС структуре.

Нижняя кривая показывает энергию дна зоны проводимости, созданную потенциалами затворов, там же условно показаны электроны в процессе передачи между затворами.

На рис. 34 показана структура наиболее простой трехтактной системы передачи заряда. Затворы соединены в три линии через два. В режиме хранения напряжение хранения подано на затворы 1, 4, 7 , … , на остальные затворы подано напряжение порядка . Для передачи заряда под соседние затворы вправо на них подается положительный потенциал. Заряды перетекают из-под З₁в З₂, З₄в З₅, З₇ в З₈и т. д. На следующем тактеподается на 2, 5, 8, … затворы, на остальные затворы. Таким образом обеспечивается однонаправленность перемещения зарядов.