MIKROELEKTRONIKA 7. MOS struktúrák: -MOS dióda, Si MOS -CCD (+CMOS matrix) -MOS FET, SOI elemek -MOS memóriák
Fém-félvezetó
A
p-n
B
Heteroátmenet
MOS
Metal-oxide-semiconductor (MOS): a mikroelektronika egyik fő eleme -dióda -CMOS -MOSFET
MOS dióda vázlata
esem = emet Flat-band condition. Kell: inversion!
Ideális MOS dióda energia sávszerkezete
Inverzió esetén, max. kiürített rétegvastagság:
Qakk= -eNAWmax
Töltéshordozók eloszlása: akkumulálás, kiürítés, inverzió p-félvezető esetében
Kiürített réteg vastagsága 1-10 nm! Töltések összege =0
A kapacitás csökken a kiürített réteg növekedésével:
Heteroátmenet Szerkesztés: 1.a vákuumszintek és Fermi-szintek egyeznek!!! 2. Fermi-szintek egyeznek!!!
Vbe1+Vbe2=Vbe Kiürített rétegek szélessége:
x2=..1/N2.......
MOS dióda
SiO2 - Si interface 1010 cm2, (100), 5.1010 cm2 (111). Fontos: hol van lokalizálva a töltés az oxidban: fém mellett- nem hat a „sima” savszerkezetre, de ha közel a Si-hoz- növekedni fog a „sima” szerzeti feszültség. Technológia!!!
CCD
CCD Analóg – digitális képátalakítás
Összehasonlítás: CCD- jó minőség, alacsony zajszint. CMOS-magasabb zajszint CMOS-sok az egymás mellett levő tranzisztor, nagyobb a fényveszteség CMOS- kicsiny az energia felvétele CCD- nagy az energiafogyasztás, 100xCMOS. CMOS gyártása teljesen egyezik a chip-technológiával, a CCD drágább CCD régebben gyártják, jobb a minőségük, felbontásuk ……..
MES-
és MOS
FET
MOSFET keresztmetszete (Si, n-csatornás), rétegtechnológia.
Összehasonlítás: MES FET Normálisan BE (kiürítéses)
és normálisan KI(növekményes)
MESFET I-V
pinch off - teljesen elválasztódik a S és a D a- csatorna vastagsága
-
MOSFET működése és kimenő I-V jellemgörbéje Z
A lineáris tartományban:
A csatorna vezetése:
Lineáris működési tartomány: a drain feszültség változása a csatorna mentén
Négy MOSFET-típus keresztmetszete és átviteli karakterisztikája
Különböző CMOS struktúrák (p-és nvölgyekkel)
Komplementer MOS inverter: séma, elhelyezés, keresztmetszet.
CMOS inverter p-csatornával és helyettesítési sémája
Fontos: áram csak az átkapcsolásnál folyik. Ha az output V=0 vagy Vdd, csak egy tranzisztor nyitott! Tehát az egész áram kicsiny,ellentétben más memóriával.
Udd
Inverter transfer karakterisztikája
Fontosabb paraméterek : Udd, Logikai szint, jel-regeneráló képesség, komparálási feszültség, power x delay =P..
Jelterjedési idő (propagation delay)!
Poliszilicium vékonyréteg tranzisztor (TFT)
Silicon on insulator SOI
tranzisztor
Organic Thin-film-transistors (OTFTS)
•
•
•
TFTs are transistors created using thin films, usually of silicon deposited on glass. The deposited silicon must be crystallized using laser pulses at high temperatures. For organics to compete with a-S:H, their mobility should be greater than 0.1 cm²/V s and their on/off current ratio of greater than 106 OTFTs active layers can be thermally evaporated and deposited at much lower temperatures (i.e. 60° C)
Még egy alkalmazás: Erősáramú MOSFET – nagy az input impedancia, ellentétben a p-n-p tranzisztorral. A kapu egy függőleges irányú áramot nyit meg: Gate Source
Source
p
n+
n n-
Drain
MOS MEMÓRIÁK
Dynamic random access memory ( DRAM) cella: MOSFET és egy MOS kapacitás. A FET mint jel kapcsoló, a C mint jel (töltés) tároló. A kapacitás töltése veszlik (2-50 ms), tehát a memória „dinamikus”,a jeleket frissíteni kell. Méret csökkenése – sűrűség növelés – de kapacitás csökkenés.... High k dielektric, 3 D capacitors.
MOSFET ROM cella: lebegőgate EPROM (a),
EEPROM MOS(b)
Sztatikus MOSmemóriacella és író-olvasó áramköre
a) DRAM árok szerkezettel kapacitással
b) DRAM réteges
SRAM
Sztatikus RAM –flip-flop bistabil struktúra, a logikai jel addig stabil amíg feszültség alatt van. „Záros” (latched) konfiguráció. A cellát a két n-csatornás T5,T6 MOSFET-en érjük el. T1,T2-p-csatorna terhelés, T3,T4 vezérlők, T5,T6 hozzáférhetés 3-D integráció lehetséges, a sűrűség növelhető. Polisilicon FET alkalmazása!
Nonvolatile memory (nemillékony)
Floating gate – lebegő gát memória : metszet és séma
Nonvolatile memory: a)Floating gate b)MNOS (metal-nitrid-oxidesemiconductor) c) Ekvivalens áramkör
Forró elektronok injekciója az n-csatornába:
Egyelektron memóriacella:
