Транзистори

Транзистор (від англ. transfеr — переносити і резистор), напівпровідниковий прилад для підсилення, генерування і перетворення електричних коливань, виконаний на основі монокристалічного напівпровідника (переважно Si або Ge), що містить не менше трьох областей з різною — електронної (n) і дірковою (p) — провідністю. Винайдений в 1948 американцями У. Шоклі, У. Браттейном і Дж. Бардіном. По фізичній структурі і механізму керування струмом розрізняють біполярні транзистори (частіше називають просто транзисторами) і уніполярні (частіше називають польовими транзисторами). По-перше, що містять два або більше електронно-діркових переходів, носіями заряду служать як електрони, так і дірки, по друге — яких електрони або дірки. Термін «транзистор» нерідко використовують для позначення портативних радіомовних приймачів на напівпровідникових приладах.

Фізичною основою роботи МДП транзистора є ефект поля, який полягає у зміні концентрації вільних носіїв заряду в приповерхневій області wнапівпровідника під дією зовнішнього електричного поля.

Традиційна структура МОП-транзистора забезпечила зниження довжини затвора від 10 мкм в 70-х роках до 0,06 мкм в даний час шляхом простого масштабування, тобто зменшенням довжини затвора, товщини діелектрика і глибини залягання p-n-переходів. Проте перехід проектних норм через кордон 130 нм в рамках традиційної конструкції наштовхується на фізичні обмеження. Таким чином, транзистори для технологій ХХІ століття повинні мати іншу структуру і використовувати нові матеріали для підзатворного діелектрика.

З зменшенням геометричних розмірів транзисторів знижується площа кристала, зменшуються паразитні ємності, поліпшується продуктивність і знижується енергоспоживання НВІС. За останні 30 років довжина затвора МДН-транзистора зменшилася в 200 разів (з 10 мкм на початку 70-х років до 60 нм в наші дні) [1]. В даний час комерційно доступною є технологія з мінімальними горизонтальними розмірами елементів 0,13 мкм, що дозволило реалізувати масове виробництво мікропроцесорів Intel Pentium 4 з тактовою частотою 2,5 ГГц на МОП-транзисторах з довжиною каналу 60 нм і товщиною підзатворного оксиду 1,5 нм [1]. Згідно з прогнозами Асоціації підприємств напівпровідникової індустрії NTRS, мінімальні розміри елементів будуть продовжувати швидко зменшуватися і до 2012 року досягнуть 50 нм.

Кожен технологічний крок у напрямку зменшення розмірів пов'язаний із зростанням проблем конструювання і виробництва, які доводиться вирішувати для забезпечення теоретично прогнозованих характеристик транзистора. Будь-яке поліпшення одних параметрів призводить до погіршення інших, причому із зменшенням розмірів взаємний вплив параметрів стає все більш сильним.

Із зростанням ступеня інтеграції НВІС і систем на кристалі збільшується частка чіпів, що містять аналогові блоки, які забезпечують взаємодію з навколишнім світом, необхідне для великих і функціонально закінчених систем. До транзисторів для аналогових і цифрових застосувань пред'являються суперечливі вимоги. Для цифрових НВІС порогове напруга не можна знижувати необмежено, оскільки при цьому збільшується подпороговый струм, який визначає споживання енергії НВІС в неактивному стані. Верхня межа порогового напруги обмежується чвертю від напруги живлення [2], яке намагаються знизити для зменшення споживаної потужності. Однак для аналогових схем ідеальним є нульове порогове напруга Vt = 0, що збільшує динамічний діапазон аналогової схеми, яка визначається різницею між напругою на затворі і Vt, тобто (Vgs – Vt).
Особливими вимогами до "аналоговим" транзисторів є також підвищена навантажувальна здатність (струм стоку в режимі насичення), лінійність і малі нелінійні спотворення на малому сигналі. Для диференціальних каскадів і струмового дзеркала важлива узгодженість характеристик транзисторів.

Основними проблемами мікромініатюризації МДН-транзисторів є тунелювання через затвор, інжекція гарячих носіїв в окисел, прокол між витоком і стоком, витоку в подпороговой області, зменшення рухливості носіїв у каналі, збільшення послідовного опору між витоком і стоком, забезпечення запасу між граничним напругою і напругою живлення. Транзистор повинен мати слабку залежність порогового напруги від напруги на стоці, від довжини і ширини каналу, а також велику передатну провідність, великий вихідний опір, мале опору областей витоку і стоку і більшу навантажувальну здатність. Ємності затвора і p-n-переходів повинні бути мінімальні.

Вибір двигуна

Вибрав двигун постійного струму Cooler Master O4-P2B-12AK-GP