Вольт – амперная характеристика транзисторов

Третьим классификационным признаком транзисторов — пере­ключателей является вид вольт-амперных характеристик (ВАХ). ВАХ бывает двух принципиально различных типов: нормально за­крытого и нормально открытого. Транзисторы различных принци­пов действия и различных структурных видов, которые закрыты при напряжении на управляющем электроде, равном нулю, является нормально закрытыми (НЗ).

Рис.. ВАХ биполярных транзисторов.

К НЗ транзисторам относятся биполярные транзисторы, поле­вые транзисторы с управляющим р-п переходом, МОП транзисто­ры с индуцированным каналом и полевые транзисторы Шоттки. К транзисторам нормально открытого типа (НО) относятся поле­вые транзисторы со встроенным каналом. Типичные ВАХ транзи­сторов НО типа приведены на рис..

Следствием принципиальных различий в НЗ и НО ВАХ являет­ся то, что транзисторы как переключатели могут быть разделены на приборы, управляемые током и приборы, управляемые напряже­нием. Это обстоятельство является очень важным с точки зрения энергетики производства информации. Дело в том, что отпирание переключателя НЗ типа неизбежно сопровождается потреблением тока и, следовательно, энергии по входной цепи (см. рис). В подавляющем большинстве переключателей эта энергия термализуется по мере потребления. Другое дело в переключателях НО типа. В этих приборах запирание производится путем подачи на управляющий электрод (затвор полевого транзистора) напряжения. В любом из известных типов НО элементарных переключателей — МОП транзисторов, ПТШ и полевом транзисторе с управляющим р- n-переходом ток по входной цепи не потребляется. Следовательно, не потребляется и энергия от источника питания.

Энергия накапливается на входной емкости (емкости затвор- исток) транзистора. Важно подчеркнуть, не рассеивается по мере отпирания, как это имеет место в биполярных транзисторах, а на­капливается. Это обстоятельство создает предпосылки для ее повтор­ного использования при производстве информации.

Повышение скорости обработки цифровой информации, прежде всего, обязано совершенствованию структур. Прогресс в области микроэлектроники в целом и в области ци­фровой техники в частности на протяжении более пятидесяти лет обусловлен в основном за счет совершенствования транзисторов на базе развития технологии.

Совершенствование транзисторов ведется по следующим стра­тегическим направлениям. Первое — уменьшение геометрических размеров классических типов транзисторов традиционных конструк­ций. Уже более тридцати лет уменьшение топологических и струк­турных размеров ведется путем простого масштабирования. То есть одновременно с уменьшением длины канала полевого транзистора, размеров контактных окон и электродов к рабочим областям затвора, истока и стока уменьшается и толщина подзатворного диэлектрика и глубины залегания р-п переходов (или тол­щины областей).

В биполярном транзисторе одновременно с уменьшением разме­ров эмиттера, базы, коллектора и электродов к ним уменьшаются и глубины залегания р-п переходов эмиттер-база и коллектор-база.

Второе стратегическое направление — создание полной диэлек­трической изоляции с целью уменьшения паразитных емкостей струк­тур переключателей и разработка новых конструктивно-топологи­ческих и структурных решений в рамках классических принципов действия.

Третье стратегическое направление — разработка новых пере­ключателей на квантово-механических принципах функционирова­ния на основе гетероструктур с нанометровыми размерами в рам­ках полупроводниковой технологии.

И, наконец, четвертое направление — исследование возможно­стей использования в качестве переключателей молекул, полимер­ных и других материалов и структур, создаваемых на базе нанотехнологий.

Наиболее распространенной типовой конструкцией МОП-тран­зистора является LDD-структура, (Lightly Doped Drain), приведен­ная на рис..

Изоляция Изоляция

Рис. 1. Типовая структура МОП-транзистора.

Толщина поликремниевого затвора составляет порядка 300 нм.

Для обеспечения малых величин емкостей транзистора выбира­ют слаболегированную подложку, а для обеспечения необходимого порогового напряжения и снижения напряжения прокола применя­ют дополнительное легирование канала примесью того же типа, что и в подложке

Дата добавления: 2014-12-10