Реферат
За темою:
Транзистор
Виконав: С. Андрій, 2ПР-1. p> Поняття транзистора
Транзистор (від англ. transfеr - переносити і резистор), напівпровідниковий прилад для посилення, генерування і перетворення електричних коливань, виконаний на основі монокристалічного напівпровідника (переважно Si або Ge), що містить не менше трьох областей з різною - електронної ( n ) і доречний ( p ) - Провідністю. Винайдений в 1948 американцями У. Шоклі, У. Браттейном і Дж. Бардіном. За фізичною структурою і механізмом управління струмом розрізняють транзистори біполярні (частіше називають просто транзисторами) і уніполярні (частіше називають польовими транзисторами). По-перше, містять два або більше електронно-доручених переходу, носіями заряду служать як електрони, так і дірки, по друге - або електрони, або дірки. Термін В«транзисторВ» нерідко використовують для позначення портативних радіомовних приймачів на напівпровідникових приладах.
Принцип дії МДП-транзистора
Фізичною основою роботи МДП транзистора є ефект поля, який полягає в зміні концентрації вільних носіїв заряду в приповерхневій області напівпровідника під дією зовнішнього електричного поля.
В
Рис.1. Зонна діаграма МДП-структури. а) збагачення, V g > 0, пЃ№ s> 0, б) збіднення, V g <0, пЃ№ s <0, | пЃ№ s | <| пЃЄ 0 |; в) інверсія, V g <<0, пЃ№ s <0, | пЃЄ 0 | <| пЃ№ s | <| 2 пЃЄ 0 |-слабка інверсія, | пЃ№ s |> | 2 пЃЄ 0 |-сильна інверсія. br/>
Струм в каналі МДП-транзистора, виготовленого на підкладці n-типу, обумовлений вільними дірками, концентрація яких r. Електричне поле Еy обсловлено напругою між стоком і витоком Vd. Відповідно до закону Ома щільність струму каналу
(1)
де q-заряд електрона, m p-рухливість і p (x)-концентрація дірок в каналі,. Проинтегрируем (1) по ширині Z і глибині Х каналу. Тоді інтеграл у лівій частині (1) дає повний струм каналу Id, а для правої отримаємо
(2)
Величина подінтегралом - є повний заряд дірок Qp в каналі на одиницю площі. Тоді Id = Wm pQp? dV/dy (3)
Знайдемо величину заряду дірок Qp. Запишемо рівняння електронейтральності для зарядів на одиницю площі у вигляді
Qм = Qох + Qp + QB (4)
В
Рис.2. Схема МОП-транзистора. V d = 0, V g <0. br/>
Основними елементами конструкції МДП-транзистора є: 1) - дві сильно леговані області протилежної з підкладкою типу провідності, стік і джерело , 2) діелектричний шар, що відокремлює металевий електрод, затвор, від напівпровідникової підкладки і що лежить над активною областю транзистора, інверсійним каналом, що з'єднує стік і джерело.
Особливості субмікронних МОП-транзисторів
Традиційна структура МОП-транзистора забезпечила зниження довжини затвора від 10 мкм в 70-х роках до 0,06 мкм в даний час шляхом простого масштабування, тобто зменшенням довжини затвора, товщини діелектрика і глибини залягання pn-переходів. Однак перехід проектних норм через кордон 130 нм в рамках традиційної конструкції наштовхується на фізичні обмеження. Таким чином, транзистори для технологій XXI століття повинні мати іншу структуру і використовувати нові матеріали для подзатворного діелектрика.
Зі зменшенням геометричних розмірів транзисторів знижується площа кристала, зменшуються паразитні ємності, поліпшується швидкодію і знижується енергоспоживання НВІС. За останні 30 років довжина затвора МОП-транзистора зменшилася в 200 разів (З 10 мкм на початку 70-х років до 60 нм в наші дні) [1]. В даний час комерційно доступною є технологія з мінімальними горизонтальними розмірами елементів 0,13 мкм, що дозволила реалізувати масове виробництво мікропроцесорів Intel Pentium 4 з тактовою частотою більше 2,5 ГГц на МОП-транзисторах з довжиною каналу 60 нм і товщиною подзатворного оксиду 1,5 нм [1]. Відповідно до прогнозів Асоціації підприємств напівпровідникової індустрії NTRS, мінімальні розміри елементів будуть продовжувати швидко зменшуватися і до 2012 року досягнуть 50 нм.
Кожен технологічний крок у напрямку зменшення розмірів пов'язаний із зростанням проблем конструювання і виробництва, які доводиться вирішувати для забезпечення теоретично прогнозованих характеристик транзистора. Будь-яке поліпшення одних параметрів призводить до погіршення інших, причому із зменшенням розмірів взаємний вплив параметрів стає все сильнішим.
З ростом ступеня інтеграції НВІС і систем на кристалі збільшується частка чіпів, що містять аналогові блоки, які забезпечують взаємодію з навколишнім світом, необхідне для великих і функціонально закінчених систем. До транзисторам для аналогових і цифрових застосувань пред'являються суперечливі вимоги. Для цифрових НВІС порогове напруга не можна знижувати необмежено, оскільки при цьому збільшується підпороговий струм, який визначає споживання енергії НВІС в неактивному стані. Верхня межа порогового напруги обмежується чвертю від напруги живлення [2], яке намагаються знизити для зменшення споживаної потужності. Однак для аналогових схем ідеальним є нульове порогове напруга V t = 0, що збільшує динамічний діапазон аналогової схеми, що визначається різницею між напругою на затворі і V t , тобто (V gs - V t ).
Особливими вимогами до "Аналоговим" транзисторам є також підвищена нагрузочная здатність (струм стоку в режимі насичення), лінійність і малі нелінійні спотворення на малому сигналі. Для диференціальних каскадів і струмового дзеркала важлива узгодженість характеристик транзисторів.
Основними проблемами мікромініатюрізациі МОП-транзисторів є тунелювання через затвор, інжекція гарячих носіїв у окисел, прокол між витоком і стоком, витоку в подпороговой області, зменшення рухливості носіїв в каналі, збільшення послідовного опору між витоком і стоком, забезпечення запасу між пороговою напругою і напругою живлення. Транзистор повинен мати слабку залежність порогової напруги від напруги на стоці, від довжини і ширини каналу, а також велику передавальну провідність, велику вихідну опір, мале опору областей витоку і стоку і велику навантажувальну здатність. Ємності затвора і pn-переходів повинні бути мінімальні. Розкид параметрів техпроцесу, який росте зі зменшенням розмірів транзистора, не повинен знижувати відсоток виходу придатних кристалів.
