Третий билет

3. Электропроводность собственного и примесного полупроводника. Зависимость электропроводности от температуры

Способность вещества пропускать ток называется электропроводностью. Электропроводность определяется, главным образом концентрацией подвижных носителей – их количеством в единице объёма.

Электропроводность собственного полупроводника экспоненциально растёт с увеличением температуры, так как при этом усиливается термогенерация электронно-дырочных пар и растёт их концентрация.

Примесные полупроводники требуют меньшей температуры по сравнению с собственными для запуска термогенерации. Это происходит из-за того, что примесный уровень располагается вблизи дна зоны проводимости (или потолка валентной зоны), то даже при небольшом повышении температуры электроны будут переходить в эту зону, в результате чего они получают возможность свободно перемещаться по кристаллу.

18. Статические характеристики МДП транзисторов. Параметры МДП-транзисторов: пороговое напряжение, удельная крутизна, паразитные ёмкости

Статическими характеристиками называют графики зависимости одних постоянных напряжений и токов электронных элементов и цепей от других их напряжений и токов. Транзистор всегда включается как четырёхполюсник, имеющий вход и выход. Входные характеристики показывают зависимость входного тока от входного напряжения. Аналогично для выходных тока и напряжения. Проходные, или переходные характеристики связывают входные токи или напряжения с выходными.

Примером статической характеристики является проходная сток-затворная характеристика МДП-транзистора:

Выходные характеристики МДП-транзистора:

Они отражают зависимость выходного тока Iс от выходного напряжения Uси. Этот ток зависит ещё и от входного напряжения Uзи..

Выходные характеристики МДП-транзисторов имеют два характерных участка. Первый участок соответствует малым значениям Uси. В этой области канал по всей своей длине одинаков, его сопротивление Rк определяется только неизменным значением Uзи и поэтому Rк=const. При неизменном сопротивлении зависимость тока в канале Iс от напряжения на канале Uси подчиняется закону Ома. Отсюда название этого участка – омический, или резистивный. Он представляет собой отрезок прямой из начала координат.

С дальнейшим увеличением Uси форма канала начинает изменяться, рис.27. Потенциал истока в схеме с общими стоком равен нулю и неизменен. Поэтому разность потенциалов затвор-канал и сила поля вблизи истока также неизменны. Канал здесь сохраняет исходную толщину и концентрацию свободных электронов. Вблизи стока, потенциал которого равен Uси, разность потенциалов затвор канал равна UзиUси. Поэтому с ростом Uси поле затвора здесь ослабевает. Канал вблизи стока становится тоньше, Rк увеличивается.

Рис.27

Основные параметры МДП-транзистора:

Одним из главных параметров МДП-транзистора является пороговое напряжение U0. От него зависит напряжение, мощность, размеры и стоимость источника питания МДП интегральных схем и отдельных МДП-транзисторов.

Пороговое напряжение определяется свойствами материалов МДП-структуры и её главным размером

– толщиной диэлектрического слоя d:

Где ϕМП – контактная разность потенциалов металл – полупроводник; d – толщина диэлектрика;

q – элементарный электрический заряд;

ε0 – абсолютная электрическая постоянная; εп ,εд – относительная диэлектрическая проницаемость полупроводника и диэлектрика; N – концентрация примеси в полупроводнике.

Другим важнейшим параметром МДП-транзистора является барьерная ёмкость затвор-канал

​

где C0 – удельная емкость МДП–структуры, W и L – ширина и длина канала.

От Сзк зависит время отпирания и запирания транзистора, т.е. его импульсные и частотные свойства. Поэтому W и L должны быть минимизированы.

Важным параметром является также удельная крутизна B [А/В2]. Она характеризует усилительные свойства МДП транзистора – зависимость полезного выходного тока Ic от входного напряжения Uзи.

​

33. Фотолитография. Факторы, ограничивающие минимальный топологический размер

Фотолитография позволяет создать на поверхности подложки маску с окнами в необходимых местах для диффузии примесей или иной обработки.

Фотолитография выполняется после окисления поверхности подложки и получения на ее поверхности защитной пленки оксида кремния. Процесс фотолитографии включает несколько этапов:

1.​ Подготовка к фотолитографии кристаллической кремниевой подложки с идеально обработанной поверхностью.

2.​ Создание защитного слоя SiO2, например окислением кремния 3.​ Нанесение фоторезиста 4.​ Наложение фотошаблона

5.​ Засветка. Свет проникает сквозь прозрачные участки фотошаблона и засвечивает под ними фоторезист.

6.​ Удаление фотошаблона 7.​ Смывка незасвеченного фоторезиста растворителем, не действующим на засвеченный фоторезист.

8.​ Травление слоя SiO2 плавиковой кислотой (не действует на засвеченный фоторезист). 9.​ Смывка засвеченного фоторезиста.

Важнейшей причиной, ограничивающей минимальные размеры элементов при экспонировании через фотошаблон, является дифракция света. Из-за дифракции наблюдается частичная засветка затенённого фоторезиста, границы света и тени становятся нечёткими. Поэтому стремятся использовать излучения с более короткими, чем световые, длинами волн (электронные, рентгеновские).

48.Принципы построения интегральных схем запоминающих устройств

Воснове ИС запоминающих устройств (в дальнейшем ИС памяти) лежит использование элементов или схем, так называемых ячеек памяти, обладающих двумя устойчивыми электрическими состояниями. Одному из состояний присваивается значение 0, другому 1. Таким образом, ячейка памяти способна хранить 1 бит информации.

Существуют два способа построения (организации) ИС памяти.

При последовательной организации ячейки памяти соединяются одна за другой, последовательно, рис. По сигналу от схемы управления каждая ячейка передаёт 0 или 1, которые в ней хранились, следующей ячейке. Одновременно каждая ячейка принимает от ячейки слева 0 или 1 и запоминает их до следующего сигнала управления. Информация как бы продвигается от входа к выходу.

В качестве ячеек последовательной памяти чаще всего используют МДП-транзистор. При замыкании К1 на затвор Тi поступает напряжение от ячейки с Тi-1. Это напряжение высокого уровня, если в Тi-1 хранилась 1. Напряжение будет близким к нулю, если хранился 0. Поэтому входная ёмкость Тi или заряжается или разряжается. Соответственно, канал в Тi или возникнет, или его не будет. Если канал есть, через Ri протекает ток и напряжение на нём соответствует 1.

Большим недостатком последовательной памяти является большое время доступа.

Наиболее распространена память с матричной организацией. В ней осуществляется одномоментный, так называемый произвольный доступ к любой из ячеек. Записанное в память число зависит от адреса и от наличия соединений в местах пересечений проводников (Функцию соединений в матричных ЗУ могут выполнять самые разные элементы – диоды, транзисторы, схемотехнические узлы на транзисторах).