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CMOS的栅极 双极型晶体管 P沟道MOSFET

信息来源:本站 日期:2017-06-02 

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图14.23(a)为- CMOS反相器,上方PMOS的栅极与下方NMOS的栅极相连,两种器件皆为加强型MOSFET;对PMOS器件而言,阈值电压VTn小于零,而对NMOS器件而言,阈值电压VTn大于零(通常阈值电压约为1/4VDD).当输入电压Y1为接地或是小的正电压时,PMOS器件导通(PMOS栅极-地间的电势为-VDD,较vTp更小),而NMOS为关闭状态.因而,输出电压Vo十分接近VDD。(逻辑1).当输入为VDD时,PMOS(Vcs=0)为关闭状态,而NMOS为导通状态(Vi=VDD,>VTn).所以,输㈩电压Vn等于零(逻辑),CMOS反相器有一个共同的特性:即在任一的逻辑状态,在由VDD到接地间的串联途径上,其中有一个器件是不导通的,因而在任一稳定逻辑状态下,只要小的漏电流;只要在MOS开关电源状态时,两个器件才会同时导通,也才会有明显的电流流过CMOS反相器.因而,均匀功率耗费相当小,只要几纳瓦,当每个芯片上的器件数日增加时,功率耗费变成一个主要限制要素.低功率耗费就成为CMOS电路最吸收人的特征.


图14. 23(b)为CMOS反相器的规划.图14.23(c)则为沿着A-A,的器件截面图,在这个工艺中,先在n型衬底上停止p型注入掺杂而构成一个P型阱(或p型槽).p型掺杂浓度必需足够高才干过度补偿(overcompensate)n型衬底的背景浓度(backgrounddoping).关于p型阱的n沟道MOSFET,工艺则与前面所提过的相同,关于p沟道MOSFET而言,注入B、或(BF2)、离子至n型衬底构成源极与漏极,而As+离子则可用于沟道离子注入来调整阈值电压及在p沟道器件左近的场氧化层下构成n+沟道阻断,由于制造p沟道MOS-FET需求p阱和其他的步骤,所以制造CMOS电路的工艺步骤数是NMOS电路的两倍,因而,我们在工艺复杂性与降低功率耗费间需有所取舍,


除了上述的1,阱,另一个替代办法是在1,型衬底内构成n阱,如图14.24(a)所示.在这个,隋况下,n型掺杂浓度必需足够高才干过度补偿p型衬底的背景浓度(即ND>NA).不论用p阱还是n阱,在阱中的沟道迁移率会衰退,由于迁移率是由全部掺杂浓度(NA十ND)决议的.最近有一种办法为在轻掺杂的衬底内注入两个别离的阱,如图14. 24(b)所示.这个构造称为双阱(twin tubs).由于在任一阱中都不需求过度补偿,所以能够得到较高的迁移率。


一切CMOS电路都有寄生双极型晶体管所惹起的闩锁(latchup,或译栓锁)问题.一个可有效防止闩锁问题的工艺技术为运用深沟槽隔离( deep trench isola-tion),如图14. 24(c)所示,在此技术中,应用各向异性反响离子溅射刻(anisotropicreactivesputteretching)刻蚀出一个比阱还要深的隔离沟槽.接着在沟槽的底部和侧壁上生长热氧化层,然后淀积多晶硅或二氧化硅以将沟槽填满,这个技术消弭了闩锁现象,由于n沟道与p沟道器件被深沟槽隔分开来,以下将讨论关于沟槽隔离的细致步骤与相关的CMOS工艺.