VI MẠCH TRANZITO MOS

Các vi mạch MOS là tổ hợp của các tranzito MOS. Nguyên tắc hoạt động của tranzito MOS đã được nghiên cứu trong phần trước, trong chương này chỉ đề cập đến các công nghệ tích hợp các tranzito này để tạo nêri các vi mạch MOS có các đặc tíhh thỏa mãn’các yêu cầu thực tế.

Khi lựa chọn một công nghệ thích hợp , cần chú ý đến các thông sô’ sau đây của tranzito MOS:

-Kênh là loại N hay p?

  • Hướng trục tinh thể của bán dẫn làm đế [1.1.1] hay [1.0.0]?
  • Bản chất tự nhiên của cực cửa: nhôm, silic đa tinh thể hay polysiliciure ?
  • Pha tạp từ đế hay là lớp epitaxie ?
  • Loại hoạt động: làm nghèo hay làm giầu ?

Bảng sau đây cho thấy sự đặc trưng của các loại tranzito sản xuất theo các công nghệ khác nhau. Từ bảng cho thấy công nghệ MOS cho mức độ tích hợp cao nhất. Bởi vì chính sự thu nhỏ chiều dài của kênh và lớp ngàn cách điện giữa hai MOS không còn cần thiết nữa đã làm rút ngắn rất nhiều kích thước hình học của linh kiện. Thông thường độ dài của kênh cỡ lμm; công nghệ tiên tiến có thể rút xuống còn 0,65μm hoặc thậm chí chỉ còn 0,4μm. Kênh càng ngắn thì độ dầy của lớp cách điện ở cửa phải càng mảnh (20 hoặc 30nm) để bảo đảm linh kiện có độ dốc của đặc trưng có thể chấp nhận được

Các đặc trưngTTLMOSCMOSĐơn vị
Số lần quang khắc8 đến 127-99-12 
Mức độ tích hợp50-500500-2000500-1000tr/mm2
Nguồn nuôi         2-4055V
Dòng<5A5050mA
Công suất/cổng1040,5pj
Thế ngưỡng0,60,70,7V
Tần sô’ xung nhịp10,10,2GHz
  • Thế ngưỡng của linh kiện phụ thuộc vào hướng trục tinh thể của bán dẫn làm đế vào độ dầy và vào bản chất của chất cách điện ở cực cửa cũng như vào dộ pha tạp của bán dân silic. Thế này có giá trị rất nhỏ nếu định hướng trục tinh thể là [1.0.0] và cực cửa làm bằng silic đa tinh thể.
  • Nitrisilic (Si3N4) là chất cách điện rất dược ưa dùng để làm chất cách điện cho cực cửa (G) của tranzito MOS . Nó có hằng sô’ điện môi 7,5, trong khi của SiO2 chỉ bằng 3,9. Ngoài ra , nó còn chịu được thế đánh thủng cao hơn của SiO2.

Do vậy cho phép giảm độ dầy và giảm thế ngưỡng.

Chất cách điện này chống lại sự xâm nhập của các ion sodium cho đến tận nhiệt độ 200°C, nên tranzito có độ ổn định lâu dài. Tuy nhiên, người ta không thể cấy trực tiếp Si3N4 lên sịlic, vì làm như vậy sẽ xuất hiện các điện tích không mong muốn ở bề mặt phân cách. Do vậy buộc phải tạo một lớp mỏng SiO2 trên bề mặt silic trước khi cho ngưng đọng lớp Si3N4 dầy khoảng dưới l00nm.

  • Bản chất tự nhiên của cực cửa cũng có liên quan đến thế ngưỡng. Thực vậy, sự khác nhau giữa công thoát điện tử để tách một điện tử ra khỏi cực cửa và công thòát điện tử của đế tạo nên diện thế tiếp xùc, mà thế ngưỡng lại phụ thuộc vào điện thế tiếp xúc này. Điện thế tiếp xúc giữa nhôm và silic loại p với điện trở từ 1 đến 10 Ωcm vào khoảng – 0,9V. Nếu thay nhôm bằng silic đa tinh thể pha tạp mạnh, thì điện thế tiếp xúc chuyển tới +0,3; Có nghĩa là có hiệu thế 1,2V. Thế này dẫn tới giảm cả thế ngưỡng.
  • Tranzito MOS kênh n xuất hiện sau MOS kênh p chỉ vì lý do công nghệ. Trong công nghệ chế tạo các tranzito MOS kênh n, sự nhiễm bẩn trong sản xuất thường tạo nên các điện tích dương. Các ion dương ký sinh này tích tụ ở bề mặt phân cách giữa oxit-silic. Các điên tích này gây ra sự xê dịch thế ngưỡng làm cho tranzito MOS kênh n làm giàu được giải tỏa sớm. Các điện tích này cũng có mặt trong MOS kênh p, nhưng các ion dương ở đây bị các ion âm của cực cửa hút về phía mặt phân cách nhôm oxit, nên không ảnh hưởng đến thế ngưỡng.

MOS kênh n rất ưu việt vì độ linh động của điện tử lớn gấp từ 2 dến 3 lần độ linh đông của lỗ trống. Ngoài ra, điện trở của kênh n (ở chế độ ON) cũng nhỏ hơn và vận tốc làm việc của nó cũng nhanh hơn.

  • Công nghệ sản xuất MOS kênh n gồm các bước sau đây:
  • Đế p+ được phủ một lớp epitaxe p~ để chịu được các tia chiếu xạ.
  • Cực gốc và cực dẫn là bán dẫn loại n pha tạp ít để tránh các hiện tượng của các hạt tải “nóng” do kích thước của kênh quá mảnh (cỡ một phần mười μm ).

Cửa (G) bằng polysiliciure làm giảm điện trở các dây nối xuống hệ số 10 (từ 20/30Ωcm xuống còn 3/4Ωcm).

  • Mức tráng kim đầu tiên để làm dây nối làm bằng tungsten vì nó có độ bám chắc và chịu được dòng cao và dễ ngưng đọng hóa học dưới dạng hơi. Mức tráng kim thứ hai là nhôm.
  • Bình thường thì kênh không bị tráng kim vì MOS làm giàu và không có sự phân cực trên cửa, nên nó bị cấm. Sự cấy ion ở dưới cửa có thể tạo nên kênh n, MOS làm giàu, không bị phân cực trên cửa, nên nó dẫn. Cấy ion cũng có thể làm thay đổi thế ngưỡng. Cũng cần nhắc lại rằng, các vi mạch MOS rất nhạy với các điện tích tĩnh điện, do vậy cần phải bảo quản chúng trong các hộp chống tĩnh điện trước khi lắp vào trong mạch. Hình 1.1 là cấu tạo của MOS kênh n.
Hình 1.1. Cẩu tạo cùa MOS kênh n với cửa là silic đa tinh thể.

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *