P1030344

268 M-Polowczyk. E.KJugmann - PRZYRZĄDY PÓŁPRZEWODNIKOWE

6.2.1.4. Tranzystory MES FET z GaAs

Krzem nie jest najlepszym materiałem na tranzystory przeznaczone do pracy w zakresie mikrofalowym. Zwiększenie maksymalnej częstotliwości, w jakiej mogą pracować tranzystory krzemowe, osiąga się przez zmniejszenie wymiarów obszaru roboczego tych tranzystorów. Stosuje się tranzystory bipolarne o grubości bazy zmniejszonej do 0,1 pm oraz tranzystory MOSFETo długości kanału zmniejszonej do 1 pm. Dalsze zmniejszanie wymiarów obecnie jest niecelowe.

Zmniejszenie wymiarów powoduje skrócenie czasu transportu swobodnych nośników przez obszar czynny tranzystora. Skrócenie czasu tranzsportu możemy również uzyskać przez zastosowanie materiału półprzewodnikowego o dużej ruchliwości nośników, większej od ruchliwości nośników w krzemie. Najbardziej korzystnym z tego względu materiałem jest GaAs, w którym ruchliwość elektronów wynosi 8600cm/Vs, tj. 6 razy więcej niż w Si. Dodatkowym powodem wykorzystania GaAs w zakresie mikrofalowym jest możliwość uzyskania tzw. pół-izolacyjnych podłoży. Górna częstotliwość graniczna każdego przyrządu bowiem jest określona nie tylko przez czas transportu nośników (wymiary przyrządu i ruchliwość nośników), lecz również przez pojemności pasożytnicze (międzyelektrodowe). Minimalizacja tych pojemności wymaga, by obszar aktywny przyrządu był na podłożu o dużej rezystywności. Właśnie GaAs, którego przerwa energetyczna W_G=l,43eV, umożliwia wykonywanie podłoży o rezystywności kilkadziesiąt razy większej od podłoży krzemowych. Wykorzystanie tej właściwości GaAs stało się realne, ponieważ w ostatnich latach opanowano technikę kompensacji wpływu zanieczyszczeń resztkowych w tych półprzewodnikach. Tak skompensowany GaAs nazywa się właśnie "póf-izolacyjnym".

Na płytkach z GaAs nie można jednak narazić wytwarzać warstwy tlenku (izolatora) o małej gęstości stanów powierzchniowych, dlatego nie wytwarza się z tego materiału tranzystorów MOSFET, lecz tranzystory MESFET, tj. tranzystory ze złączem metal-pół-przewodnik (m-p; patrz rozdział 3), z kanałem typu n. W tranzystorach takich na granicy bramka-kanał istnieje wewnętrzna bariera potencjału o wysokości 0,7...0,8V. Kanał typowo ma koncentrację domieszek rzędu 10 ...10¹⁸cm'³. Bramka może być bardzo krótka • posiadać długość od 0,25 do 0,1 pm. Tranzystory te, podobnie jak wszystkie tranzystory złączowe, zalicza się do grupy tzw. tranzystorów z kanałem normalnie włączonym lub inaczej - z kanałem wbudowanym (normalnie zubażanym - patrz temat 6.2.2).

Typowa struktura tranzystora typu MESFET z GaAs została przedstawiona na rys.6.42.

Rys. 6.42. Struktura tranzystora MESFET z GaAs

6.2.2. Tranzystory połowę z izolowaną bramką

Rozróżnia sic dwa zasadnicze typy tranzystorów polowycb z izolowanym bramką (MOSFET):

1) tranzystory z kanałem wbudowanym, inaczej zwane tranzystorami z kanałem zubażanym (ang. deplelion modę),

2) tranzystory z kanałem indukowanym, zwane tranzystorami z kanałem wzbogacanym (ang. enhancement modę) lub EMOS.

Z grupy tranzystorów z kanałem indukowanym można wyróżnić kilka typów o specjalnym wykonaniu: .

• FAMOS - tranzystor z bramką swobodną (ang. floaiig gale avalanclie-injection MOS),

• MNOS - tranzystor z dwuwarstwowym dielektrykiem (ang. metal-mtrid-oxide-semi-

conductor),

• VMOS - tranzystor z bruzdą w kształcie V (ang. V-grooveMOS),

• DMOS - tranzystor wykonany technologią z podwójną dyfyzją (ang. double-dijfused

MOS).

Tranzystory FAMOS i MNOS mają właściwości pamiętania stanu, w jakim ustawiona została bramka, przez okres wielu lat. Dlatego znajdują one zastosowanie w nieulotnych pamięciach, w tym w:

FAMOS - rcprogramowalnycb pamięciach stałych,

MNOS - wolnych pamięciach o dostępie swobodnym zachowujących informacje po zaniku napięcia zasilającego.

Tranzystory VMOS i DMOS natomiast wyróżniają się bardzo krótkim kanałem (nawet submikrometrowym).

Inną, często stosowaną klasyfikacją jest podział według typu kanału na tranzystory NMOS i PMOS.

6.2.2.1. Tranzystor EMOS z indukowanym kanałem

Na rys.6.43 przedstawiono strukturę półprzewodnikową tranzystora EMOS z indukowanym kanałem typu n i jego symbol graficzny.

f K f

G |m-° B

iłS

Id/ IŁ

miejsce na kanał P

n—

Rys.6.43. Tranzystor EMOS z kanałem indukowanym typu n a) struktura półprzewodnikowa, b) symbol graficzny