Моп-транзистор

МОП-ТРАНЗИСТОР, содержащий подложку первого типа проводимости, сформированные в ней области истока и стока второго типа проводимости, разделенные участком индуцированного канала и примыкающей к стоку слаболегированной областью второго типа проводимости, изолированный от подложки и расположенный над участком индуцированного канала электрод затвора, перекрывающий по всей ширине канала область истока и слаболегированную область стока, изолированный от подложки, электрода затвора и стока, расположенный над слаболегированной областью дополнительный электрод, перекрывающий по всей ширине канала электрод затвора и область стока, отличающийся тем, что, с целью обеспечения работоспособности транзистора при криогенных температурах, введена соединенная с дополнительным электродом шина питания, полярность которой противоположна знаку заряда основных носителей в слаболегированной области.

Изобретение относится к аналоговой технике и может быть использовано в МОП-усилительных и коммутационных устройствах, предназначенных для функционирования при криогенных температурах.
Известен полевой транзистор, в котором для уменьшения величины порогового напряжения стока U_с.и.пор предлагается в участках областей стока и истока под затвором создавать концентрацию легирующей примеси не ниже значения, соответствующего вырождению полупроводника (более 5 10¹⁸см^-3 для кремния).
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является полевой транзистор, содержащий подложку первого типа проводимости, сформированные в ней области истока и стока второго типа проводимости, разделенные участком и индуцированного канала и примыкающей к стоку слаболегированной областью второго типа проводимости, изолированной от подложки и расположенной над участком индуцированного канала электрод затвора, перекрывающий по всей ширине канала область истока и слаболегированную область стока, изолированный от подложки, электрода затвора и стока, расположенный над слаболегированной областью дополнительный электрод, перекрывающий по всей ширине канала электрод затвора и область стока.
В данном полевом транзисторе дополнительный электрод вводится для устранения нормальной составляющей электрического поля затвора в области слияния участка индуцированного канала и слаболегированной области. При этом дополнительный электрод соединяется с областью стока. Однако при таком включении при малых напряжениях на стоке при криогенных температурах МОП-транзистор оказывается неработоспособным из-за появления порогового напряжения стока U_с.и.пор.
Целью изобретения является обеспечение работоспособности транзистора при криогенных температурах при сохранении малой паразитной емкости обратной связи сток-затвор.
Для этого в полевой транзистор, содержащий подложку первого типа проводимости, сформированные в ней области истока и стока второго типа проводимости, разделенные участком индуцированного канала и примыкающей к стоку слаболегированной областью второго типа проводимости, изолированный от подложки и расположенной над участком индуцированного канала электрод затвора, перекрывающий по всей ширине канала область истока и слаболегированную область стока, изолированный от подложки, электрода затвора и стока, расположенный над слаболегированной областью дополнительный электрод, перекрывающий по всей ширине канала электрод затвора и область стока, введена соединенная с дополнительным электродом шина питания, полярность которой противоположна знаку заряда основных носителей в слаболегированной области.
На фиг. 1 представлена структура криогенного МОП-транзистора в случае канала n-типа; на фиг. 2 нормированные по величине тока стока ВАХ МОП-структур.
Криогенный МОП-транзистор содержит подложку 1, сформированные в ней области истока 2 и стока 3, участок индуцированного канала 4, слаболегированную область 5, электрод затвора 6, дополнительный электрод 7, связанную с дополнительным электродом шину 8 питания положительной (для n-канального транзистора) полярности.
На фиг. 2 кривыми 9-11 обозначены нормированные по величине тока стока ВАХ МОП-структур, измеренные при температуре 4,2 К.
В настоящем транзисторе малая величина паразитной емкости обратной связи сохраняется ввиду сохранения малой площади перекрытия затвором слаболегированной области. В то же время данный транзистор работоспособен при низких температурах. Действительно, при малых напряжениях на стоке потенциал дополнительного электрода, знак полярности которого противоположен знаку основных носителей в слаболегированной области, обеспечивает высокую концентрацию носителей заряда в слаболегированной области. Тем самым обеспечивается отсутствие порогового напряжения стока. При больших значениях напряжения на стоке имеется возможность распространения области пространственного заряда в слаболегированную область, что позволяет отодвинуть напряжение возникновения особенности в пологой области ВАХ транзистора за диапазон рабочих напряжений.
Для иллюстрации сделанных выводов о работоспособности настоящего МОП-транзистора при криогенных температурах был изготовлен ряд n МОП-структур и проведено их исследование.
На фиг. 1 представлены кривые, нормированные по величине тока стока ВАХ этих структур, измеренные при температуре 4,2 К и напряжении на затворе, превышающем пороговое на 2В кривая 9 соответствует стандартному МОП-транзистору без слаболегированной области и с затвором, перекрывающим область канала от истока до стока; кривая 10 структуре по фиг. 1, но без дополнительного электрода; кривая 11 структуре по фиг. 1, но с объединенными электродом затвора и дополнительным электродом. ВАХ стандартного транзистора (кривая 9) имеет нормальный вид в линейной области, однако величина пологой области составляет всего 1 В. Введение слаболегированной области (кривая 10) приводит к увеличению пологой области до 2,5 В, однако из-за неперекрытия слаболегированной области затвором появляется U_с.и.пор=0,9 В. Коммутация малых напряжений таким устройством при криогенных температурах становится невозможной. С введением перекрывающего слаболегированную область стока электрода, в данном случае объединенного с затвором (кривая 11), сохраняется повышенное значение величины пологой области ВАХ, однако особенностей в линейной области не наблюдается.
Таким образом, настоящий транзистор, обладая таким же малым значением паразитной емкости сток-затвор, как и прототип, в отличие от него работоспособен при криогенных температурах.
Использование: аналоговая техника, МОП-усилительные и коммутационные устройства. Сущность изобретения: транзистор, сохраняя малую паразитную емкость обратной связи сток-затвор, обеспечивает работоспособность построенных на его основе устройств при криогенных температурах. МОП-транзистор содержит подложку, области истока и стока, участок индуцированного канала, слаболегированную область, электрод затвора, дополнительный электрод, связанную с дополнительным электродом шину питания, знак полярности которой противоположен знаку основных носителей в слаболегированной области. 2 ил.