.
Импульсные и цифровые устройства. Логические элементы Дешифраторы и шифраторы Мультивибраторы Проектные параметры резисторов Элементы инжекционной логики Конструкции МДП-транзисторов Проектирование топологии ИС

Физика решение задач

Алгоритмы проектирования МДП-транзисторов ИМС

Следует выделить две области применения МДП на кристаллах ИМС:

в качестве микромощных приборов, предназначенных исключительно для фиксации логических состояний во внутренних функциональных устройствах кристаллов;

в качестве согласующих приборов так называемого обрамления функциональных устройств.

В первом случае номинальные значения рабочих токов и напряжений МДП-транзисторов не являются определяющими конструкцию параметрами. Первичные параметры структуры и топология прибора принимаются в соответствии с предельными ограничениями технологии производства по таким параметрам, как:

концентрации примесей в пластине;

толщины слоев стока и истока;

толщина и электрофизические параметры подзатворного диэлектрика;

концентрация поверхностных состояний в диэлектрике и полупроводнике на границе раздела;

среднее значение подвижности носителей заряда в формируемых каналах;

минимальные топологические размеры в формировании областей контактов к электродным областям затвора, стока и истока;

минимальная длина области канала.

В результате отработки технологии формируются структурно-топологические образцы приборов, для которых прямыми или косвенными методами измеряются функциональные параметры (или производятся расчетные оценки по измеренным первичным параметрам структуры). К числу измеряемых могут быть отнесены либо все параметры, перечисленные в параграфе 3.4, либо часть из них. Обязательным является контроль:

порогового напряжения;

сопротивления канала при выбранном запасе по открыванию транзистора относительно порогового напряжения;

тока насыщения для стока при выбранном запасе по открыванию транзистора относительно порогового напряжения;

толщины слоя подзатворного диэлектрика и предпробойного напряжения;

поверхностной концентрации и профиля распределения примесей в слоях стока и истока.

По перечисленным параметрам структуры и по известным топологическим размерам доопределяются необходимые функциональные параметры транзистора. Методом масштабного подобия корректируются концентрации примесей в стоке и истоке, толщина подзатворного диэлектрика и топологические размеры для согласованного приведения конструкции транзистора в соответствие с предъявляемыми требованиями.

В другом функциональном применении размеры топологических конфигураций МДП-транзисторов определяются их рабочими токами и напряжениями. Для таких применений может быть рекомендована следующая методика:

выбирается или принимается структурный вариант исполнения транзистора (тип проводимости канала, встроенный/ индуцированный, вариант формирования длины канала, материалы затворной пары «затвор — диэлектрик»);

определяются по рабочему напряжению концентрации примесей в подложке, в стоке и истоке и толщина подзатворного диэлектрика;

оценивается с корректировкой концентраций примесей и толщины подзатворного диэлектрика в допустимых по рабочему напряжению пределах и согласуется с требуемым пороговым напряжением транзистора;

оценивается удельная емкость затвора и усредненная подвижность носителей в канале;

оценивается по рабочему току отношение ширины канала к его длине;

оценивается крутизна транзистора;

оценивается сопротивление канала на крутом участке выходных ВАХ;

определяются, с учетом технологических ограничений на формирование плоскостных размеров, размеры областей стока, истока, затвора, перекрытий электродных областей;

определяются элементы схемы замещения транзистора и оценивается время переключения транзистора.

На каждом из перечисленных переходов принимается решение о приемлемости результата, возможности корректировки, при необходимости, исходных величин или прекращения проектирования из-за несоответствия результатов предъявленным требованиям.

 

Элементы цифровых ИМС на МДП-транзисторах

В основу разнообразных схемотехнических построений цифровых интегральных микроэлектронных устройств на МДП-транзисторах положено построение инвертирующего вентиля. Большая величина входного сопротивления МДП-транзистора и свойство исполнять функцию управляемого сопротивления определили специфику схем построений МДП-вентилей:

в качестве нагрузки вентиля применяется нелинейная нагрузка в виде МДП-транзистора;

логические отношения на МДП-транзисторах реализуются последовательными и параллельными включениями переключающих транзисторов;

высокоомные входы МДП-транзисторов следует предохранять от воздействий источников статического электрического заряда;

в структурах с МДП-приборами с индуцированными каналами не следует допускать образования непредусмотренных каналов под проводными соединениями.

В качестве нелинейной нагрузки в МДП-инверторах применяются:

МДП-транзисторы одного типа канала с типом канала переключающего транзистора;

МДП-транзисторы дополняющего (противоположного) типа канала.

Для инверторов с одним типом канала нагрузочный транзистор может применяться индуцированным и встроенным каналом. Возможны модификации выбора режима работы нагрузочного транзистора, обеспечивающие исключение закрытого состояния, когда нагрузку инвертора можно считать квазилинейной. Этот режим аналогичен применению в качестве нагрузочного МДП-транзистора со встроенным каналом. При квазилинейной нагрузке переходный процесс переключения инвертора протекает ускоренно при пониженных эквивалентных постоянных времени.

Высокооомность входов МДП-инверторов и угроза образования непредусмотренных поверхностных индуцированных каналов обязывает вводить в конструкции дополнительные элементы, такие, как защитные диоды, охранные размыкающие кольца, утолщения диэлектрика под проводными соединениями;


На главную