Ключовий елемент на діодах шотткі зі структурами “кремній-на-ізоляторі”

Ключовий елемент на діодах Шотткі зі структурами "кремній-на-ізоляторі", який складається із підкладки р-типу провідності, на якій послідовно розміщують шари ізолятора та смужку із монокристалічної плівки кремнію n-типу провідності, який 3 29698 єю, але використання V - подібних канавок з різними глибинами суттєво ускладнює технологію виготовлення приладів. Така конструкція транзистора займає достатньо велику площу, а відносно велика відстань прольоту носіїв струму між витоком і стоком негативно впливають на опір каналу транзистора та його швидкодію. В основу корисної моделі пропонованого транзистора на основі КНІ-структур поставлене завдання зменшення геометричних розмірів, спрощення та оптимізації технології виготовлення і підвищення швидкодії транзистора. Поставлене завдання вирішується тим, що в пропонованому ключовому елементі на діодах Шотткі зі структурами КНІ, який складається із підкладки р - типу провідності послідовно розміщують шари ізолятора та монокристалічної плівки кремнію n - типу провідності, в якій витравлюють 5 вузьких канавок на всю товщину рекристалізованої плівки кремнію, при цьому 3 сусідні канавки заповнюють алюмінієм для утворення бар'єру Шотткі на вертикальних слаболегованих стінках середньої канавки, що формує керуючий електрод ключового елемента, а в дво х сусідніх до середньої канавки, сильнолегованих стінках формують вертикальні омічні контакти, які є керованими електродами ключового елемента, а дві крайні канавки заповнені окислом утворюють міжприладну ізоляцію. Таким чином запропонована конструкція, в якій керуючий електрод ключового КНІ - елемента утворений на основі діодів Шотткі на слаболегованих вертикальних стінках вузької канавки та омічних контактів до стік-витокових областей до сильнолегованих вертикальних стінок у сусідніх до керуючого електроду канавках з ізоляцією ключового елемента вузькими канавками, заповненими окислом, дозволить суттєво зменшити геометричні розміри елемента в цілому, що підвищить ступінь інтеграції на кристалі, а реалізації керуючого електроду із металу між двома зворотньо-включеними діодами Шотткі дозволить одержати високі показники швидкодії пристрою. Спосіб конкретного виконання Суть даного винаходу де тально пояснюються фігурами 1-6, де на Фіг.1. зображено схематичну топологію ключового елемента на діодах Шотткі зі структурами «кремній-на-ізоляторі». На Фіг.2. зображено поперечний переріз пропонованого ключового елемента, який використовувався для комп'ютерного моделювання, а на Фіг.3. зображено поперечний переріз пропонованого ключового елемента, який показує концентраційний розподіл домішок, одержаний в результаті комп'ютерного моделювання. Концентрація домішки на межі контактів складає 1e1019см -3, а для утворення вертикальних діодів Шотткі - 1e1015см-3. На фігурах 1, 2 і 3 цифрами позначені: 1 - поверхня оксиду кремнію SiO2 в стр уктурі КНІ; 2 смужка із плівки кремнію в структурі КНІ; 3 - керуючий електрод (затвор), який утворює вертикальні діоди Шотткі на бокових гранях плівки кремнію; 4, 5 - стік - витокові області КНІ ключового елемента на діодах Шотткі; 6 - міжелементні ізолюючі канавки в смужці кремнію; 7 - кремнієва пластина. (Елементи 2, 1 і 7 - утворюють структур у КНІ). 4 На Фіг.4. подано вольт-амперну характеристика (ВАХ) ключового елемента при нульовому зміщенні затвора і діапазоні напруг 0 - 2В між витоком 4 і стоком 5; на Фіг.5. - ВАХ ключового елемента при позитивному зміщенні затвора (0.5В) і діапазоні напруг 0 - 2В між витоком 4 і стоком 5; на Фіг.6. його ВАХ при від’ємному зміщенні затвора (мінус 1мВ) і діапазоні напруг 0 - 2В між витоком 4 і стоком 5. Технологія виготовлення пропонованого елемента є наступною. В КНІ-плівці, одержаній, наприклад, методом мікрозонної лазерної рекристалізації, фотолітографією і травленням в одному технологічному циклі формують плівкову кремнієву см ужку 2 та міжелементні ізолюючі канавки 6 згідно топології поданої на Фіг.2. Проводять легування плівки кремнію для активної n-області елемента з концентрацією домішки 1014 - 1015см -3 для формування на бокових гранях канавки у плівці діодів Шотткі. Для створення контактів до стік витокових областей - кремнієву плівку у відповідних областях легують домішкою n - типу провідності до концентрацій 1018 - 1019см -3. Після напилення шару алюмінієвої металізації, фотолітографії і температурного відпалу одержують даний елемент. Ключовий елемент функціонує наступним чином. При подачі позитивної напруги на стік 5 і заземленні витоку 4 та затвор у 3 струм стоку буде рівним струму обернено-зміщеного діода Шотткі VD2. Результати комп'ютерного моделювання цього режиму роботи ключового елемента у вигляді ВАХ зображені на Фіг.3. При подачі напруги або струму на керуючий затвор - суттєво змінюються властивості збідненої області закритого діода Шотткі VD2 і він починає відкриватися та проводити струм. Діод VD1 при цьому має пряме включення з низьким опором. На відміну від аналога 2, який має властивості польового транзистора, запропонований елемент є близьким до біполярного з двома р-n- переходами на основі діодів Шотткі, в якому відсутня напівпровідникова база, яка завжди має визначену ширину і є визначальною за швидкодію транзистора у стандартному виконанні. В запропонованому приладі на основі КНІ-структур, керуючий електрод виконує функцію затвору (або бази) і виконаний з металу, тому його ширина фактично не впливатиме на транспорт носіїв в тілі цього електроду. Це означає, що відсутність дифузійних ємностей, пов'язаних із накопиченням і розсмоктуванням неосновних носіїв в тілі такого керуючого електроду суттєво підвищить швидкодію запропонованого елемента при змінах стр умів чи напруг в колі керуючого електрода, в тому числі і при переключеннях з прямого напрямку на зворотній та навпаки, із зворотного на прямий. Час таких переключень буде визначатися тільки бар'єрними ємностями переходів Шотткі, і оскільки в даному елементі ці діоди реалізовані на вертикальних стінках КНІ-плівки, їх площа буде дуже малою, тому час переключень таких елементів за попередніми оцінками становитиме одиниці і десяті долі пікосекунд. Відповідні робочі частоти лежатимуть в межах 400 - 900ГГц. 5 29698 Важливою перевагою таких пристроїв буде і те, що для них характерне значно менше пряме падіння напруги порівняно із стандартним дифузійним р-n- переходом. Тому вони матимуть велику перспективу для низьковольтних використань. Реалізація даного елемента з використанням вузьких субмікрометрових і нанометрових канавок для створення областей стоку, витоку і затвора, а також і міжелементної ізоляції дозволить стуттєво зменшити загальні топологічні розміри на кристалі, тобто суттєво підви щити ступінь елементної інтеграції. Технологія створення таких елементів є відносно простою і порівнюючи з аналогом [2], фактично є сумісною із виготовленням польових транзисторів, що відкриває додаткові можливості для конструювання нових приладних структур, логічних чи цифрових елементів lC, пристроїв сенсорної та мікросистемної техніки, створення базових матричних кристалів, надшвидкодіючих ключових елементів для вихідних каскадів lC, мікропроцесорної техніки і т.п. Отже, запропонований КНІ ключовий елемент може мати застосування як у промисловості, так і в науково-дослідних роботах при проектуванні елементів lC і виробів МСТ на основі КНІ-структур і дозволить покращити їх частотні характеристики та підвищити елементну інтеграцію на кристалі. Використані джерела інформації: 1. Weimer P.K. The TFT - a New Thin-Film Transistor, Proc. IRE, 50, 1462 (1962). 2-Степаненко И.П. «Основы микроэлектроники». -Москва, «Лаборатория базовых знаний», 2003, стр.273. 3. С. Зи. «Физика полупроводниковых приборов». Москва, «Мир», Т. 1, стр.369. 6 Перелік фігур креслення та прийняті позначення Фіг.1. Схематична топологія ключового елемента на діодах Шотткі зі структурами «кремній-наізоляторі». Фіг.2. Поперечний переріз пропонованого ключового елемента, який використовувався для комп'ютерного моделювання. Фіг.3. Поперечний переріз пропонованого ключового елемента, який показує концентраційний розподіл домішок, одержаний в результаті комп'ютерного моделювання. Концентрація домішки на межі контактів складає 1e1019см -3, а для утворення вертикальних діодів Шотткі - 1e1019см -3. На фігурах 1, 2 і 3 цифрами позначені: 1 - поверхня оксиду кремнію SiO2 в структурі КНІ; 2 - смужка із плівки кремнію в структурі КНІ; 3 - керуючий електрод (затвор), який утворює вертикальні діоди Шотткі на бокових гранях плівки кремнію; 4, 5 - стік - витокові області КНІ ключового елемента на діодах Шотткі; 6 - міжелементні ізолюючі канавки в смужці кремнію; 7 -кремнієва пластина. (Елементи 2, 1 і 7 утворюють стр уктур у КНІ). Фіг.4. Вольт-амперна характеристика (ВАХ) ключового елемента при нульовому зміщенні затвора і діапазоні напруг 0 - 2В між витоком 4 і стоком 5 ключового елемента. Фіг.5. Вольт-амперна характеристика (ВАХ) ключового елемента при позитивному зміщенні затвора (0.5В) і діапазоні напруг 0 - 2 В між витоком 4 і стоком 5 ключового елемента. Фіг.6. Вольт-амперна характеристика (ВАХ) ключового елемента при від'м ному зміщенні затвора (1мВ) і діапазоні напруг 0 - 2 В між витоком 4 і стоком 5 ключового елемента. 7 29698 8 9 Комп’ютерна в ерстка Л. Купенко 29698 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601