книги / Элементы свербольших интегральных схем

цым сопротивлением, она уменьшает изменение напряжения на пе­ реходе канал — подложка, вызванное изменением напряжения на боковом затворе, т. е. ослабляет паразитную связь. Это подтверж­ дают зависимости уменьшения тока стока от напряжения контакт — исток (рис. 4.20 [92]). Зависимость 1 относится к структуре, полу­ ченной селективным ионным легированием подложки, компенсиро­ ванной хромом. Эта структура не содержит изолирующей области I (рис. 4.19). Зависимости 2 и 3 получены для структур с протонной изоляцией соответственно на подложке, легированной хромом, и нелегированной подложке. Для всех структур расстояние контакт — исток 'LK.n=5 мкм.

Паразитная связь через подложку проявляется не только в уменьшении тока стока транзисторов, но также в увеличении пря­ мого сопротивления диодов Шотки с ростом отрицательного напря­ жения на 'боковом затворе и увеличении сопротивления полупро­ водниковых резисторов, создаваемых в активном п-спое '[92].

Для уменьшения паразитной связи через подложку необходи­ мо: совершенствовать технологию получения исходного материала для полуизолирующих подложек с целью более точной компенса­ ции примесей и уменьшения концентрации дефектов, приводящих к образованию отрицательных ионов; уменьшать пороговое напря­ жение транзисторов, напряжение питания и перепад логических уровней; использовать изолирующие области, получаемые локаль­ ной протонной бомбардировкой; выбирать минимально допустимые расстояния между элементами с учетом условия £/иор.ц.с(^к.итш) =

=U K .U m a x -

4.5.НЕЛИНЕЙНЫЕ РЕЗИСТОРЫ

СНАСЫЩЕНИЕМ СКОРОСТИ ДРЕЙФА

В.качестве нагрузочных элементов в логических схемах на полевых тран­ зисторах наиболее широко применяют транзисторы со встроенным каналом, работающие в режиме обеднения. Затвор транзистора при этом соединяют с

истоком, т. е. трехэлектродный прибор используют как двухполюсник.

В арсенидо-галлиевых цифровых ИС вместо нагрузочных транзисторов мо­ гут применяться нелинейные резисторы — ограничители тока [91, 92]. Насы­ щение тока в нелинейных резисторах обусловлено насыщением дрейфовой ско­

рами: резистивные я-области формируются локальным ионным легированием, используемым при формировании областей каналов транзисторов, а контактные я+-области — одновременно со стоковыми и истоковымн областями.

Как нагрузочные элементы в цифровых ИС нелинейные резисторы обладают рядом преимуществ по сравнению с транзисторами. Их конструкция проще, а воспроизводимость параметров лучше. При одинаковой площади они обес­ печивают больший ток, который меньше зависит от потенциалов на соседних элементах (см. § 4.4). Резисторы имеют меньшую паразитную емкость.

Вольт-амперные характеристики нелинейных резисторов зависят от крити­ ческой напряженности поля Екр, скорости насыщения оНас, длины резистивной

125

для резисторов проявляется значительно слабее. Поэтому при переключении логической схемы нагрузочные резисторы обеспечивают больший ток, за счет «го уменьшается задержка распространения. Наконец, в резисторах отсутст­

при той же рассеиваемой мощности или уменьшение мощности на ту же вели­ чину при одинаковой задержке [92].

Недостатком нелинейных резисторов является ограниченный диапазон но­ минальных значений тока насыщения. Особые трудности (Представляет создание резисторов с малыми токами насыщения /нас л<0,1 мА, так как при этом не удается достаточно точно обеспечить малую ширину резистора Яд<1 мкм.

4.6. ПОЛЕВОЙ ТРАНЗИСТОР С ГЕТЕРОПЕРЕХОДОМ

Перспективным элементом цифровых СБИС является гетероструктурный металл-полупроводииковый полевой транзистор с гете­ ропереходом (ПМЕППТ), называемый также полевым транзисто­ ром с высокой электронной подвижностью или полевым транзисто­ ром на двумерном электронном газе [94, 95]. В этом транзисторе используют свойства гетероперехода, образованного между тонки­ ми монокристаллическими слоями двух полупроводниковых мате­ риалов с близкой кристаллической структурой, но различной шири­ ной запрещенной зоны. Равновесная энергетическая диаграмма ге­ тероперехода показана на рис. 4.23, здесь <§РВ— энергия дна зо­ ны проводимости и потолка валентной зоны; ^ф — энергия Ферми. В полупроводнике 1 с меньшей шириной запрещенной зоны и ма­ лой концентрацией примесей у границы раздела образуется об­ ласть 3, в которой накапливаются электроны, а в полупроводнике

1 —нелегированный слой арсенида галлия; 2— легированный донорами слой арсенида гал*

лия-алюминия; 3—электроны; 4— ионизированные доноры; 5— нелегированный тонкий

(~7 нм) слой арсенида галлия-алюминня

127