Главная Промышленная автоматика.

мому, можно считать технологию ионной имплантации. Другими важными этапами, которые способствовали созданию ИС, явились получение полуизолирующих подложек GaAs с хорошими характеристиками и литография малых геометрических размеров.

Быстрый рост разнообразия цифровых ИС привел к появлению жаргона в терминологии. Для облегчения понимания материала в этой области приняты следующие определения.

ПТШ в режиме обеднения (DFET, D-FET, D-MESFET, MESFET, GaAs MESFET) " это обычные полевые транзисторы со структурой металл-полупроводник с затвором Шотки на активном слое относительно большой толщины.

ПТ в режиме обогащения (EFET, E-FET, ENFET, Normally off (нормально закрытый) GaAs MESFET) ito полевые транзисторы с активным слоем относительно небольшой толпдины (активный слой полностью обеднен при нулевом напряжении на затворе) с затвором в виде р-и-перехода либо в виде барьера Шотки.

ПТ с р-и-переходом (JFET. J-FET) - это полевые транзисторы с р-п-переходом в качестве затвора.

Структуры полевых транзисторов металл-окисел-полупроводник, ме-талл-изолятор-полупроводник или с изолированным затвором (MOSFET, MISFET, IGFET) - это полевые транзисторы с окислом или другим изолятором под затвором.

Логические схемы на ПТ с непосредственными связями (DCFL, EFET Logic, ENFET Logic) - это цифровые ИС, в которьк используются нормально закрытые ПТ с обогащением. Непосредственная связь двух таких инверторов возможна, так как выходной сигнал мал и положителен.

Логические схемы на полевых транзисторах и диодах Шотки (SDFL) -это цифровые ИС, в которых диоды Шотки используются в качестве переключающих элементов, а ПТШ с обеднением - в качестве инверторов и усилителей.

Логические схемы на буферных ПТ (BEL, DFET Logic) - это цифровые ИС только на ПТШ с обеднением без диодов Шотки.

Логические схемы на ПТ с обеднением - обогащением (E/DFET Logic) -это цифровые ИС с ПТ как в режиме обеднения, так и обогащения.

ГЛАВА 15

ЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ НА GaAs ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ С ОБЕДНЕНИЕМ-ОБОГАЩЕНИЕМ

Д Уилсон\Д. X. Филлипс 15.1. ВВЕДЕНИЕ

При использовании подложек из GaAs лучшего качества, ионной имплантации и планарной технологии стало возможным получение приборов, рабо-

Фирма Harris, Саннивейл, шт. Калифорния, США,

Фирма Aerospace, Лос-Анжелес, шт. Калифорния, США.



тающих в режиме обеднения и обогащения на одной подложке при равномерном травлении (±2нм) поверхности GaAs. В дальнейшем довольно просто создать и соединить узлы, работающие в режиме обеднения, с близко расположенными узлами, работающими в режиме обогащения и обеднения, и таким образом реализовать те преимущества, которые должен дать каждый из этих режимов работы.

Метод изготовления ИС на приборах с обеднением-обогащением с нормально закрытыми логическими элементами имеет ряд преимуществ перед другими методами изготовления ИС: минимальная сложность ячейки (число транзисторов в ячейке); минимальная мощность и максимальная плотность упаковки. До сих пор нет ответа на вопрос о том, какая же технология является лучшей для реализации БИС и СБИС на приборах с обогащением-обеднением при сочетании высокой скорости, малой мощности потребления и максимальной плотности монтажа. В этой главе сравниваются методы проектирования логических схем на ПТ с обеднением и с обогащением-обеднением. При этом приводятся измеренные характеристики ИС, параметры важных технологических процессов производства ПТ с обогащением-обеднением с улучшенными характеристиками, наряду с этим обсуждаются методы схемотехнического проектирования, которые свойственны логическим схемам на ПТ с обеднением и с обогащением-обеднением на одной подложке.

В настоящее время наиболее простыми для производства являются элементы ПТШ. Они демонстрируют и более высокое быстродействие, чем полевые транзисторы с МОП-структурой и с р-и-переходом. Отсутствие подходящих подзатворных окислов для GaAs затруднило развитие приборов МОП-структур, а невозможность реализации неглубоких (100 нм) слоев р-типа, пригодных для приборов с длиной затвора менее 1 мкм, препятствовала реализации быстродействующих ПТ с р-и-переходом.

Сложность изготовления затруднила также разработку схем на ПТ с гетеропереходом. Несомненно, что в настоящее время при производстве приборов на ПТШ с обеднением выбор структур этого типа является наилучшим по простоте изготовления, высокой скорости и надежности.

15.2. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Для изготовления GaAs ИС с приемлемыми характеристиками и процентом выхода годных структур необходима высокая точность управления величинами f/j jj.Jp (напряжение отсечки) и 1 (ток сток-исток). Взаимосвязь между f/gj, j,.j,p, сложностью схемы и основными методами изготовления приведена на рис. 15.1. В табл. 15.1 приведена дополнительная информация для трех технологий получения ПТ на GaAs (для транзистора с длиной затвора ] мкм и шириной 50 мкм).

В первых ПТШ с обеднением использовался эпитаксиальный материал GaAs, осажденный из паровой или жидкой фазы. Контроль за ростом эпи-



а,2 -

Зпитаксап из жидкой ипи паровой фазы

[ Ионная имплантация, пяазменмая литография зтмеитов с размерами менее / мкм

(оптическая)

(электронно- личеВая]


ИТ с аВогащени ем-адеднением

10000

1000

-2,5 -1,25 О

Напряжение отсечки,В

Рис. 15.1. к иллюстрации развития технологаи на основе GaAs

Таблица 15.1 Сравнение технологий

Технология изготовления логической схемы

f3„0Tc- В

Мощность, рассеиваемая на одном логическом элементе, мВт

Площадь логического элемента, мм

t/„,f/3,B

Степень интеграции

ПТШ с обеднением

-2,5

0,06

+4,5 и -3,5

ПТШ с обеднением

0,044

+2 и -1,5

1000

и ,njl в качестве пе-

реключающих эле-

ментов

ПТ с обеднением и

0,025

10000

обогащением

таксиального слоя при толщине канала не более 200 нм затруднен. При такой толщине канала напряжение отсечки примерно равно -2,5 В, чю следует из соотношений

t3HoTc = o+£, (15.1)

где f/jHOTc ~ напряжение отсечки; - высота барьера;

f/o =пдаЦ2еео),

(15.2)

где q - заряд электрона; п - концентрация примеси; еео - диэлектрическая проницаемость.

Эта технология характеризуется ограничением мощности рассеяния (не





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 [111] 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165

0.0037