Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
ЧЕРНІВЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ІМЕНІ ЮРІЯ ФЕДЬКОВИЧА
Герасим Василь Васильович
УДК 621.382.323-416
РОЗРОБКА ПЕРЕМИКАЛЬНИХ Р-КАНАЛЬНИХ МОН-СТРУКТУР, КЕРОВАНИХ МАЛОПОТУЖНИМИ СИГНАЛАМИ
05.27.01 —твердотільна електроніка.
Автореферат дисертації на здобуття наукового ступення кандидата технічних наук
Чернівці —р.
Дисертацією є рукопис
Робота виконана в Чернівецькому національному університеті імені Юрія Федьковича, Міністерство освіти і науки України та на ВАТ “Гравітон”, м.Чернівці, Міністерство промислової політики.
Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Політанський Леонід Францевич, Чернівецький національний університет, завідувач кафедри радіотехніки.
Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор, Дружинін Анатолій Олександрович, Національний університет “Львівська політехніка”, професор кафедри напівпровідникової електроніки.
доктор технічних наук, Годованюк Василь Миколайович, ВАТ “ЦКБ “Ритм”, м.Чернівці, голова правління.
Провідна організація: Інститут фізики напівпровідників НАН України, м. Київ.
Захист відбудеться ““червня 2001 року о “00” на засіданні cпеціалізованої вченої ради К 76.051.06 в Чернівецькому національному університеті імені Юрія Федьковича ( 58012, м.Чернівці, вул. Коцюбинського, 2.)
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Чернівецького національного університету імені Юрія Федьковича за адресою: 58012, м.Чернівці, вул. Лесі Українки, 23.
Автореферат розісланий “”травня 2001 року.
Вчений секретар Курганецький М.В.
спеціалізованої вченої ради
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Об'єктивною передумовою для повсюдного впровадження потужних перемикальних МОН-транзисторів (метал–окисел–напівпровідник) в різні області промислової і побутової електроніки є створення приладів з різким підвищенням їх робочих струмів, пробивних напруг, розсіюваних потужностей і зменшенням залишкових опорів у відкритому стані.
Потужні МОН-транзистори є приладами, в яких струм визначається основними носіями, тому їх частота перемикання принципово вища, ніж у біполярних транзисторів. Малий час перемикання дозволяє забезпечити більш високі частоти. Частота перемикання МОН-транзисторів в основному визначається процесом перезарядки вхідної ємності керуючого електроду та практично не залежить від температури.
Оскільки керуюча ланка електроду електрично ізольована від витоку шаром оксиду, вхідний опір такої ланки може перевищувати 40МОм. Це дає можливість керувати приладами безпосередньо малопотужними вихідними сигналами інтегральних схем (ІС) без застосування буферних каскадів. Оскільки керуючий електрод ізольований від витоку, вимоги до системи керування практично не залежать від струму навантаження, що суттєво спрощує схемні рішення.
На відміну від біполярних транзисторів потужні МОН-транзистори мають позитивний температурний коефіцієнт опору (ТКО), що виключає обмеження області безпечної роботи явищем вторинного пробою. Ця область обмежується такими факторами, як пікові значення струмів, величини напруг пробою і граничної потужності, що розсіюється корпусом.
Падіння напруги на транзисторі в області насичення напруг залежить від опору приладу у відкритому стані. Цей опір для низьковольтних приладів досить малий, але з ростом робочих напруг його значення зростає і має позитивний температурний коефіцієнт, що спрощує паралельне вмикання приладів.
Досягнення в розвитку напівпровідникового приладобудування обмежувались в основному створенням потужних n-канальних МОН-транзисторів, але як показує досвід вирішення питань надійності, покращення енергетичних показників, розширення функціональних можливостей електронних перемикальних пристроїв можуть бути вирішені тільки шляхом вдосконалення технології виготовлення і оптимізації конструкцій як n-канальних, так і р-канальних потужних перемикальних МОН-транзисторів.
Розв'язання конструктивно-технологічних задач по створенню р-канальних потужних перемикальних МОН-структур, а також комплексне дослідження процесів, які протікають в цих структурах і визначають актуальність даної роботи.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами Дослідження, результати яких наведені в дисертації, проводились у відповідності з програмою наукової тематики кафедри радіотехніки Чернівецького національного університету імені Юрія Федьковича та науково-дослідних робіт, виконуваних ВАТ “Гравітон”, що є частиною комплексно-цільових державних та регіональних програм:
“Радіоелектронні прилади, пристрої та їх електрона база”(автором проводились дослідження фізичних властивостей перемикальних р-канальних МОН-структур); “Електроніка –”(автором запропанована конструкція високовольтних перемикальних приладів на основі монокристалічного кремнію); “Мікроелектроніка”(автором розроблено конструктивно-технологічні методи виготовлення р-канальних МОН-структур); “Наука –”(автором проведено дослідження впливу зовнішніх факторів на характеристики МОН-структур з подвійною дифузією); Програма розвитку електронних засобів енергозбереження в Чернівецький області в рамках роботи асоціації “Технологічний парк”—“Енерго–і матеріалозберігаюча, фото- та мікроелектронна техніка. Нетрадиційні джерела електричної енергії”(авторм досліджувались характеристики високовольтних транзисторів для використання їх у електронних баластах енергозберігаючих люмінісцентних ламп).
Мета і задачі дослідження. Метою роботи є розробка конструктивно-технологічних методів створення перемикальних р-канальних МОН-структур з використанням базових технологічних процесів виробництва МОН-ІС, а також комплексне дослідження фізичних процесів, що протікають в цих структурах.
Відповідно до мети роботи розв'язувались наступні основні задачі:
Об'єкт дослідження —перемикальні МОН-транзисторні структури.
Предмет дослідження —перемикальні р-канальні МОН-структури з подвійною дифузією, що керуються малопотужними сигналами.
Методи дослідженя. Для визначення порогової напруги, пробивної напруги, опору у відкритому стані та крутизни використовувався метод вольт-амперних характеристик (ВАХ). Для дослідження ефекту виникнення в кремнії центрів з донорною активністю використовувався метод вольт-фарадних характеристик та пошаровий аналіз.
Наукова новизна одержаних результатів дисертаційної роботи полягає, в тому, що в ній:
Практичне значення одержаних результатів визначається:
Особистий внесок здабувача. Автору належить визначення напрямку досліджень, розробка конструктивно-технологічних методів створення потужних р-канальних МОН-транзисторних структур, розробка розрахункових та експериментальних методик дослідження фізичних властивостей МОН-структур, обробка та інтерпритація результатів. Усі основні результати пов'язані з розробкою конструктивно-технологічних методик виготовлення МОН-структур викладені в роботах [2, 5, 8]. В роботах [1, 6, 7] дисертантом проведено виміри електричних параметрів та характеристик. В роботах [2, 3] дисертантом проводилися теоретичні розрахунки.
Апробація роботи: основні матеріали дисертації доповідались на науковій конференції викладачів, співробітників та студентів присвяченої 120-річчю заснування Чернівецького Університету. Чернівці, 1995 р.; на другій міжнародній конференції з фізичних проблем в метеріалознавстві напівпровідників. Чернівці, 1997 р.
Публікації За темою дисертації опубліковано 7 наукових статей та отриманий 1 патент України на винахід, перелік яких наведений в кінці автореферату.
Об'єм та обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, п'яти оригінальних розділів, додатку, заключення та списку цитованної літератури з 110 найменувань. Робота виконана на 138 сторінках друкованого тексту і містить 29 рисунків та 5 таблиць.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обгрунтовується актуальність теми роботи, проводиться формулювання мети і завдань роботи, наукова новизна і практична цінність отриманих результатів, наведено відомості про апробацію, структуру та обсяг дисертації.
У першому розділі наведені основні вимоги до перемикальних приладів, в якості яких широко використовуються МОН-транзистори. Коротко викладені літературні дані, що стосуються конструктивно-технологічних методів виготовлення перемикальних МОН-транзисторних структур, а також моделювання порогової напруги як з одноріднолегованою так і з неодноріднолегованою областю каналу. Проаналізовані фізичні процеси, які приводять до пробою p-n переходу стоку, пробою діелектрика затвору та обмежують струм стоку.
Показано, що найбільш важливими параметрами перемикальних МОН-транзисторів є опір у відкритому стані, максимальна напруга стік-витік, порогова напруга, час включення-вимикання.
Найкращими технічними характеристиками серед існуючих конструкцій володіють МОН-транзистори з подвійною дифузією (ПМОН-транзистори) та VМОН-транзистори. Вони забезпечують найбільшу густину упаковки елементів, дозволяють отримати прилади найменшої площі при заданому опорі у відкритому стані та пробивній напрузі.
Розглянуті основні способи зменшення добутку площі кристалу на опір приладу у відкритому стані для ПМОН-транзисторних структур. Показано, що для транзисторів з відносно низькими напругами (до 200В) головними шляхами в цьому напрямку є зменшення розміру елементарних комірок, та вибір їх оптимальної форми для забезпечення максимальної густини упаковки. Для більш високовольтних приладів —оптимальне легування області стоку, розташованої між сусідніми елементарними комірками, досягнення напруги пробою стокового p-n переходу близької до пробою ідеального p-n переходу.
Другий розділ присвячений вибору оптимальної конструкції та розробці вертикальної р-канальної транзиситорної ПМОН-структури з однорівневою металізацією та віддаленими від активної частини приладу контактами витоку. Запропонована конструкція дозволяє значно спростити технологічний процес виготовлення, зменшити розміри активної площі кристалу і значно підвищити процент виходу придатних приладів.
Наведена топологія ПМОН-структур (рис1.), її елементарна комірка (рис. 2а) та еквівалентна схема (рис. 2б).
В даній конструкції електрод затвору виконано у вигляді суцільної полоси, розташованої над областями витоку, областю каналу і слаболегованої області стоку. Електрод витоку виконано у вигляді металічної полоси на перефирії кристалу, яка проходить на межі р-області і витоку, змикаючи їх.
Рис.1 Топологія ПМОН транзистора з віддаленими електродами витоку:
1 –контакти до підкладки; 2 –елементарна комірка ПМОН транзистора; 3 –області стоку; 4 –частина n-області, де може бути індукований канал; 5 –області витоку; 6 –електроди витоку; 7 –електрод затвору; LB –ширина області витоку; LK – довжина каналу; LCM –відстань між елементарними комірками.
Еквівалентна схема ПМОН-структури зображена у вигляді ланцюга резисторів, де:
R1 –опір ділянки області витоку одиничної довжини,
R2 –сумарний опір області каналу, збагаченного шару і стокової області одиничної довжини.
Рис. 2 Елементарна комірка ПМОН-структури з віддаленими контактами витоку (а) та її еквівалентна схема (б)
Така схема може бути описана системою диференціальних рівнянь:
(1)
,
яка зводиться до диференціального рівняння другого порядку:
, (2)
де UСВ – напруга стік-витік; U(x) –напруга на полосі витоку; І(х) –струм вздовж полоси витоку.
Рішення (2) з врахуванням граничних умов ( або має вигляд:
, (3)
де .
Використовуючи (3) було обчислено вираз для струму, що протікає через елементарну транзисторну комірку та її опір:
, (4)
. (5)
Елементарна транзисторна комірка вважається конструктивно оптимальною за умови, що добуток її площі на опір приймає мінімальне значення. Враховуючі даний факт, на основі створених математичних програм, запропоновано методику вибору оптимальних геометричних розмірів елементарної комірки вертикального ПМОН-транзистора з віддаленими контактами витоку.
В цьому розділі також досліджено вплив профілю легування різних ділянок стоку на пробивні напруги. Показанно, що для запобігання передчасного пробою ступень легування області стоку між вершинами елементарних комірок має бути нижча, ніж між їх сторонами.
У третьому розділі описано технологічний маршрут виготовлення р-канальних МОН-структур, який базується на основних технологічних процесах МОН-технології.
Суттєвим недоліком техпроцесу виготовлення ПМОН-транзисторів є погана відтворюваність рівнів порогової напруги, що пов'язано з нерівномірністю розподілу домішки в області каналу. Тому з метою відслідковування за рівнями порогової напруги на всіх етапах виготовлення ПМОН-структур розроблено методику контролю порогової напруги МОН-структур, яка являє собою біполярну структуру полоскової геометрії. Методика базується на вимірюванні поверхневого опору активної бази транзисторної структури, величина якої визначається кількістю активної домішки. Одержані експерементальні результати добре погоджуються з розрахунками.
Введення гетерної технології дало змогу значно знизити дефектність при виконанні дифузійно-оксидувальних процесів шляхом направленого руху точкових дефектів до створених центрів їх стоку у вигляді приципітатів [SiO]Х чи [SiC]Х. Методом волт-фарадних характеристик із застосуванням пошарового аналізу досліджено ефект виникнення центрів з донорною активністю, що утворюються в кремнії підданому імплантації іонів вуглецю і наступним термообробкам. Показано, що стабільність роботи МОН-структури в значній мірі визначається оптимальним значенням утворених термодонорних центрів.
Запропонована технологія селективного травлення кремнію дозволяє виготовити високовольтні МОН-транзистори в монокристалічній кремнієвій мембрані (рис. 3). Такий прилад не відрізняється за параметрами від звичайних, кристал його має достатню міцність, оскільки мембрана знаходиться тільки під активною частиною приладу, а технологія виготовлення значно дешевша.
Розроблена установка травлення кремнієвих мембран з охолодженням травника рідким азотом. Досліджена селективність травлення системи Si-SiO2 травниками HF:HNO3 з різним співвідношенням компонентів.
Рис. 3 ПМОН-транзистор в кремнієвій мембрані.
Показано (рис.4), що селективність травлення зростає з ростом долі HNO3, але при цьому зменьшується тривалість травлення кремнію. Запропоновано для травлення мембран використовувати травник HF:HNO3 у співвідношенні 1:8 при температурі мінус 10-15о С.
Рис. 4. Залежність коефіцієнта селективності травлення кремнію від температури для різних травників.
У четвертому розділі представлена розвинута математична модель МОН-структури для випадку коли розподіл домішоки в n-канальній області носить експоненціальний характер. Вольт-амперну характеристику такої структури можна описати рівнянням, анологічним рівнянню ВАХ класичної МОН-структури, при умові, що замість порогової напруги використовується ефективна порогова напруга:
, (6)
де jмн –робота виходу метал-напівпровідник; jF –потенціал, що відповідає рівню Фермі; xВ0 –відстань від межі дифузійного вікна до витокового p-n-переходу; QSi0 –заряд в окислі; Q0C –заряд збідненого шару; С0 –ємність підзатворного діелектрика; NД –концентрація донорної домішки; NAC –вихідна концентрація акцепторної домішки.
Вираз для напруги пробою, при якій відбувається пробій структури в результаті зімкнення об'ємних зарядів стокової та витокової областей набуває вигляду:
, (7)
де LД –характеристична довжина розподілу донорної домішки в n-області.
Вираз для струму стоку при пробої зімкненням визначається за формулою:
(8)
де W –ширина каналу; L –довжина каналу; m –рухливість.
Аналіз даних аналітичних виразів показує, що характер розподілу домішки в канальній області в значній мірі впливає на фізичні параметри перемикальних МОН-транзисторів. В граничному випадку, коли концентрація домішки в канальній області не залежить від координати, отримані вирази переходять у вирази, що описують класичну МОН-структуру.
Отримані вирази для вольт-амперної характеристики, порогової напруги, напруги пробою зімкненням, струму стоку при пробої зімкненням можуть бути використані при розробці прикладних математичних програм для проектування напівпровідникових приладів та інтегральних мікросхем.
В таблиці 1 приведені значення основних параметрів виготовлених зразків р-канальних МОН-структур.
Таблиця 1.
Основні значення параметрів виготовлених зразків.
Номер зразка Пробивна напруга UПР, В Струм стоку ІС, А Потуж-ність W, Вт Порогова напруга UПОР, В Крутизна S, А/В Опір R, Ом
Зразок 1 ,7 ,0 -5 ,5 ,2
Зразок 2 ,0 -5 ,1 ,4
Зразок 3 ,0 -5 ,2 ,0
Зразок 4 ,0 -5 ,5 ,5
Запропонована квадратична апроксимація ВАХ потужних транзисторів. Порівняння типових ВАХ: передаточної і сімейства вихідних з розрахунковими даними вказують на достатню для практичних цілей точність квадратичної апроксимації. Це дає змогу значно спростити інженерні розрахунки при розробці ключових схем.
У п'ятому розділі показані приклади практичного застосування р-канальних МОН-транзисторів, керованих малопотужними сигналами.
На рис. 5 наведено схему електронного баласту для люмінісцентних ламп, серійний випуск яких налагоджено на ВАТ “Гравітон”м.Чернівці.
Наведена електронна схема використовуєтся для заміни феромагнітних баластів, що дозволило покращити масо-габаритні показники та підвищити коефіцієнт корисної дії пускорегулюючих пристроїв.
Вихідний каскад автогенератора електронного баласту побудований на високовольтних р-канальних МОН-транзисторах, розроблених в дисертаційній роботі.
Вихідні транзистори VT1, VT2 по черзі відкриваються і закриваються з частотою, що визначається насиченням струмового трансформатора Т1.
На виході автогенератора маємо меандр розмахом від 0 до 300 В з частотою 40-50 кГц.
Рис.5 Схема електронного баласту люмінісцентних ламп.
Розроблені р-канальні МОН-транзистори також можуть бути використані в електричних схемах керування потужними електродвигунами. Одна з таких схем приведена на рис.6.
В даній схемі р-канальні МОН-транзистори VT1, VT3, VT5, VT7 разом з n-канальними VT2, VT4, VT6, VT8 утворюють буферні каскади, які зменшують внутрішній опір драйвера керування D1.
Таке схемотехнічне рішення забезпечує прискорений заряд вхідних ємностей біполярних транзисторів з ізольованим затвором VT9, VT10, що дозволяє збільшити швидкодію і зменшити теплові втрати у вихідній ланці.
Рис.6 Схема на біполярних транзисторах з ізольованим затвором для керування потужними електродвигунами.
Ще одним прикладом використання р-канальних МОН-транзисторів можуть стати прилади, виготовлені по запропонованій технології і використані в якості комплементарної пари у вихідних каскадах підсилювачів низької частоти. Це дасть змогу значно покращити їх характеристики, насамперед, зменшити значення коефіцієнту гармонік спотворень.
В додатках наведені тексти програм для ЕОМ, документи, що підтверджують впровадження результатів роботи.
ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ І ВИСНОВКИ
1. Розроблена конструкція р-канальних ПМОН-транзисторів з віддаленими контактами витоків від активної частини приладу, яка дає можливість отримати якісні параметри і не потребує складної технології. Така конструкція дозволяє зменшити ефект короткого каналу, збільшити напругу пробою та зменшити опір транзистора у відкритому стані. Запропонована методика вибору оптимальних геометричних розмірів елементарної комірки транзисторної структури на базі створених математичних програм.
. Розроблена технологія виготовлення перемикальних р-канальних МОН-структур з викоримстанням базових технологічних процесів виробництва МОН інтегральних схем з однорівневою металізацією. Запропонований операційний контроль порогових напруг транзисторів з допомогою тестової комірки. Досліджений вплив процесів гетерування на зниження дефектності та на стабільність роботи перемикальних МОН-структур. Виявлено, що введення гетерних процесів у технологічний маршрут виготовлення МОН-транзисторів покращує їх фізичні характеристики.
. Запропонований спосіб підвищення пробивних напруг високовольтних МОН-структур, який заключається в підлегуванні областей між сторонами і вершинами сусідних комірок різними дозами акцепторної домішки.
. Розроблена технологія селективного травлення кремнію з метою виготовлення високовольтних МОН-транзисторів з використанням монокристалічного кремнію, який значно дешевший за епітаксіальний, а виготовлені прилади в кремнієвій мембрані не відрізняються від звичайних.
. Розвинута теоретична модель МОН-структури для випадку експоненціального характеру розподілу домішки в канальній області, яка дозволяє отримати аналітичні вирази для ефективної порогової напруги, напруги пробою зімкнення, опору стік-витік у відкритому стані, а також рівняння стокової характеристики з врахуванням електро-фізичних та конструктивних параметрів. Отримані аналітичні вирази дозволяють проводити розрахунки з достатнім ступенем точності. Однак, при значному зменшені топологічних розмірів різних областей МОН-структур доведеться враховувати квантові ефекти. Для їх врахування, можливо виникне потреба в нових підходах до моделювання МОН-транзисторної структури.
6. Порівняння типічних передаточних характеристик потужних МОН-транзисторів з розрахунковими даними показують достатню для практичних цілей точність запропонованої квадратичної апроксимації сімейства ВАХ потужних МОН-транзисторів.
7. Використання р-канальних МОН-транзисторів, керованих малопотужними сигналами дозволяє покращити енергетичні та масо-габоритні показники, підвищити коефіціент корисної дії а також дозволяє спростити схемотехнічні рішення для радіоелектронних пристроїв.
Основні результати дисертації опубліковані в таких роботах:
1. В.В. Герасим, М.П. Лихобабин, Л.Ф. Політанський Математична модель ПМОН-транзистора в наближенні експоненціального розподілу домішки у р-канальній області //Укр.. фізичний журнал. –. –т. 41, №2 –С.225-227.
. Л.Ф. Политанский, В.В. Герасим, Романюк Б.М., Никирса Д.Д., Горда Е.Л., Горбулик В.И., Квадратическая аппроксимация семейства ВАХ мощных МОН-транзисторов //Радиоэлектроника. Известия ВУЗов.–. - № 5. –С.73-75.
. Б.М. Романюк, В.Г. Попов, В.В. Андрієвський, А.А. Євтух, В.В. Герасим, Д.М. Москаль. Стимульована генерація термодонорних центрів у кремнії, імплантованому вуглевцем. // Укр.. фізичний журнал. –. –т. 40, №11-12 –С.1221-1224
4. Л.Ф. Політанський, В.В. Герасим, Горда Е.Л., Пшегорницька І.В., Бурмич І.П. Особливості моделювання порогової напруги МОН-транзисторів з коротким каналом. //Науковий вісник Чернівецького університету. –. –Вип. 66. Фізика. Електроніка. –С.82-84.
5. Романюк Б.М., Зуєв О.В., Попов В.Г., Герасим В.В., Мельник В.П. Москаль Д.М. Рекомбінаційні характеристики кремнію при гетеруванні ізовалентними домішками // Оптоэлектронника и полупроводниковая техника.- 1995. –вип. 30.- С-117-120.
. Л.Ф. Политанский, И.И. Борисов, Е.Л. Горда, В.И. Геллер, В.В. Герасим, В.И. Горбулик, А.Б. Романюк. Селективное глубинное травление кремния с использованием маски двуоксида кремния.//Оптоэлектроника и полупроводниковая техника. –. –Вып. 32. –С.114-116.
. В.П. Мельник, Б.М. Романюк, В.Г. Попов, Д. Крюгер, Д.М. Москаль, В.В. Герасим. Стимульоване формування прихованого діелектричного шару в кремнії при йонній імплантації. // Оптоэлектроника и полупроводниковая техника. - 1995. –Вып. 30. –С. 108-111.
. Патент України на винахід № 22169 А. Спосіб виготовлення високовольтних напівпровідникових приладів. / Геллер Віталій Ізраільович, Політанський Леонід Францович, Герасим Василь Васильович, Горда Євгеній Львович
. В.В. Герасим, В.С. Мірінюк. Короткоканальні ефекти в ПМОН-структурах.//Тез. допов. Наукова конференція викладачів, співробітників та студентів, присвячена 120-річчю заснування Чернівецького університету. –Чернівці, 1995. – С.12.
10. V.I. Gordulyk, V.V. Gerasym, L.F. Polytansky, B.M. Romanyuk, V.G. Popov (Chernivtsi, Ukraine; Kiev, Ukraine) The influence of pretsipitation of oxygen on generation-recombination activity and mechanisme of gettering of admixtures in Ge-Si//Second international school-conference of physical problems in material science of semiconductors.–Chernivtsi, 1997. –P. 320
. V.I. Gordulyk, V.V. Gerasym, L.F. Poytansky, B.M. Romanyuk, M.I. Klyi (Chernivtsi, Ukraine; Kiev, Ukraine) The investigation of silicon solar cells, implantad with H+ and He+ ions// Second international school-conference of physical problems in material science of semiconductors. –Chernivtsi, 1997. –P.321
Анотація.
Герасим В.В. Розробка перемикальних р-канальних МОН-структур, керованих малопотужними сигналами. –Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступення кандидата технічних наук за спеціальністю 05.27.01 –твердотільна електроніка. Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича, Чернівці 2001.
В роботі проведений аналіз вимог до перемикальних напівпроводникових приладів на основі МОН-структур, а також вирішені задачі по реалізації цих вимог.
Розроблена конструкція вертикального МОН-транзистора з р-каналом, яка дозволяє отримати високу густину упаковки елементів. Оптимізовані технологічні методи одержання перемикальних р-канальних МОН-структур з подвійною дифузією. Для зниження дефектності і підвищення стабільності їх електрофізичних параметрів викоростані методи гетерування, які введені в оптимальний маршрут формування МОН-транзисторних структур.
Розвинута математична модель МОН-транзистора з подвійною дифузією в наближенні, що латеральний розподіл домішки вдовж каналу є експоненційним.
Досліджена можливість виготовлення потужних перемикальних МОН-транзисторів з використанням мембранних структур на базі використання технології селективного травлення кремнію.
Показано, що найбільш перспективними є перемикальні МОН-транзистори, які керовані малопотужними сигналами безпосередньо від рівнів вихідних сигналів інтегральних мікросхем.
Також розглянуті приклади практичного застосування р-канальних МОН-транзисторів.
Ключові слова: МОН-структура, транзистор, порогова напруга, опір стік-витік, пробивна напруга, гетерування, струм стоку, кремнієві мембрани, математична модель, інтегральні мікросхеми.
Abstract.
Gerasym V.V. The development of switching p-channel MOS-structures guided by low-power signal. - Manuscript.
Thesis for a high scientific degree by speciality 05.27.01 - solid state electronics. - Yuriy Fedkovich Chernivtsi national university, Chernivtsy, 2001.
In the present thesis the analysis of requests to switching semiconducting devices on the basis of MOS-structures is carried out as well as the problems on realization of these requests are solved.
The construction of the vertical MOS-transistor with the p-channel permitting to receive a high packing denseness of elements is developed. The technological methods of production of switching р-channel MOS-structures with double diffusion are optimized. For decrease of defects and for increase of stability of their electrophysical parameters the methods of hetering are used and inclusion to optimum routing of MOS-transistor structures forming.
The mathematical model of MOS-transistor with the double diffusion is offered in approximation that lateral distribution of impurity along the channel is exponential.
The possibility of production of powerful switching MOS-transistors with using membrane structures on the basis of developing technology of selective etching of silicon.
It is shown, that the switching MOS-transistors working directly from the output signal levels of logical integrated circuit are the most perspective.
The examples of practical using p-channel MOS-transistors are considered.
Key words: MOS-structure, transistor, threshold voltage, resistance a drain - source, braking through voltage, gettering, current of a drain, silicon membranes, mathematical model, integrated microcircuits.
Аннотация.
Герасим В.В. Разработка переключающих р-канальных МОП-структур, управляемых маломощными сигналами. –Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.27.01 –Твердотельная электроника. Черновицкий национальный университет имени Юрия Федьковича. Черновцы, 2001 г.
В роботе кратко изложены литературные данные, касающиеся физики, технологии и конструкции переключающих МОП-транзисторных структур. Исходя из выводов о современном состоянии исследования сформулирована цель роботы и поставлены задачи исследования.
Также приведена эквивалентная схема переключающей МОП-структуры с учетом распределенного сопротивления истока. Получено аналитическое выражение устанавливающее взаимосвязь между электрофизическими, конструктивными параметрами истока и сопротивлением сток-исток в открытом состоянии переключающей МОП-структуры. Рассмотрена конструкция предложенной высоковольтной вертикальной МОП-структуры с отдаленными контактами истока. Предложен способ повышения пробивных напряжений.
Описан технологический маршрут получения переключающих р-канальных МОП-транзисторов с двойной диффузией и методика контроля их порогового напряжения.
Для снижения дефектности и повышения стабильности их электрофизических параметров использованы методы гетерирования, которые введены в технологический маршрут.
Исследована возможность получения мощных переключающих МОП-транзисторов с использованием мембранных структур на базе использования технологии селективного травления кремния.
Развита математическая модель р-канальной МОП-транзисторной структуры с двойной диффузией в приближении, что латеральное распределение примеси вдоль канала является экспоненциальным. Получены математические выражения для эффективного порогового напряжения, напряжения пробоя смыканием и тока стока при пробое смыкания, а также сопротивления сток-исток в открытом состоянии.
Показано, что наиболее перспективными являются переключающие МОП-транзисторы, работающие непосредственно от уровней выходных сигналов логических интегральных схем.
Также рассмотрены примеры практического использования переключающих р-канальных МОП-транзисторов, управляемых маломощными сигналами.
Приведены схема электронного балласта для люминесцентных ламп, в которой р-канальные МОП-транзисторы образуют выходной каскад автогенератора, а также схема управления мощными электродвигателями, в которой р-канальные МОП-транзисторы вместе с n-канальными составляют буферный каскад между драйвером управления и мощными биполярными транзисторами с изолированным затвором.
Ключевые слова: МОП-структура, транзистор, пороговое напряжение, сопротивление сток-исток, пробивное напряжение, гетерирование, ток стока, кремниевые мембраны, математическая модель, интегральные микросхемы.