Электронные лекции в формате DOC (05)

Посмотреть архив целиком

ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ НА ОСНОВЕ

НЕКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ


Тонкопленочные полевые транзисторы на основе

гидрогенизированного аморфного кремния


Полевые (МОП) транзисторы на монокристаллических полупроводниках являются в настоящее время одним из наиболее распространенных типов полупроводниковых приборов.

Структура такого транзистора в простейшем случае имеет вид:

При отсутствии напряжения на затворе исток сток SiO2

между истоком и стоком включены затвор

встречно два р – n перехода: n+ n+

n+ p n+ Si p-тип

При любой полярности приложенного напряжения исток – сток, один из этих p-n переходов будет смещен в обратном направлении и ток в цепи исток-сток будет мал. диэлектрик n p-тип

Однако если приложить к затвору Ес

положительное напряжение, то, благодаря Ei

электрическому полю в полупроводнике, на EF

границе с диэлектриком произойдет Ev

искривление зон и образуется канал n-типа

проводимости. Следовательно, сток и исток

оказываются соединенными через n-канал Ic Uз 3>Uз 2

без p-n переходов. Вольтамперные

характеристики МОП транзистора имеют Uз 2>Uз 1

вид: Uз 1

Увеличение тока Ic при увеличении Uз = 0

напряжения на затворе происходит благодаря UИ - С

увеличению поперечного сечения канала.

В настоящее время на МОП - транзисторах на основе монокристаллического кремния массово изготавливаются БИСы, СБИСы и другие изделия. При этом встает законный вопрос: если эти приборы давно и успешно изготовляются на монокристаллах, то зачем же их разрабатывать на основе аморфных полупроводников (тем более, что их параметры будут заведомо хуже).

Однако оказалось, что кроме общих достоинств приборов на некристаллических полупроводниках (низкая стоимость, технологическая простота и так далее), существуют задачи, которые невозможно решить, используя приборы на монокристаллах.

Рассмотрим, например, проблему создания жидкокристаллических дисплеев.

Само по себе создание плоского экрана на жидких кристаллах практически любой площади уже давно не представляет проблемы.


Его конструкция чрезвычайно проста: стекло

сплошной электрод (ITO)

Принцип работы. ЖК

электроды (ITO)

В чем же дело? Почему только в стекло

последние годы на рынке появились свет

жидкокристаллические экраны приличных размеров?

Дело в управлении этим экраном. Действительно, если исходить из разрешающей способности 10 точек на мм, то экран размером 10 х 10 см должен иметь 1 000 х 1 000 = 106 ячеек, каждой из которых необходимо независимо управлять. Это означает, что между блоком управления и экраном необходимо иметь миллион соединений. А в случае экрана 100 х 100 см – уже 100 млн соединений. Задача не реальная.

Выход из создавшейся ситуации заключается в создании схемы управления непосредственно на стеклянной подложке жидкокристаллического экрана. Но этот вывод сразу определяет технологию – она должна быть тонкопленочной. Монокристаллы в этом случае не подходят.

Электрическая схема экрана Схема упр-я И1 И2 И3

представляет собой матрицу

тонкопленочных транзисторов на З1

a-Si:H, стоки которых соединены с

электродами ЖК-ячеек.

Последние изготавливаются З2

из пленок ITO.

Технологический процесс

включает в себя шесть фотолитографий З3

(электроды ITO, электрод затвора (Cr),

i-a-Si:H, n+-a-Si:H, Si3N4, алюминий).

В результате получаем следующую структуру транзистора:

защитное покрытие

алюминий

n+- a-Si:H i –a-Si:H

Al

n+- a-Si:H


Si3N4


ITO

стекло Cr




Подложка с матрицей через зазор соединяется со второй стеклянной подложкой со сплошным электродом из ITO и зазор между ними заполняется жидким кристаллом.

Рассмотрим особенности транзисторов на основе a-Si:H:

  1. Благодаря высокому удельному сопротивлению собственного a-Si:H, ток транзистора в выключенном состоянии (при отсутствии напряжения на затворе) весьма мал:

при Uс-и = 24 В и Uз = 0 В → Iс = 1 рА = 10-12 А.

  1. Во включенном состоянии проводимость возрастает на 6 – 8 порядков величины и ток стока составляет десятки мкА:

при Uс-и =24 В и Uз = 30 В → Iс до 100 мкА = 10-4 А.

  1. Наличие локализованных состояний в щели подвижности a-Si:H ограничивает подвижность носителей заряда в канале транзистора: μn = 0,1 – 1,0 см2/В·с, μр = 0,05 – 0,01 см2/В·с. Это ведет к ограничению максимального тока в открытом состоянии и к ограничению быстродействия транзистора.

Решение последней проблемы возможно либо технологическим путем (получение a-Si:H с меньшей плотностью локализованных состояний), либо конструктивным путем – путем уменьшения длины канала между стоком и истоком.

С другой стороны, уменьшение длины канала ведет к ужесточению требований к фотолитографическому процессу и, как следствие, к увеличению брака. А это особенно критично в случае матриц для дисплеев: любой брак – это визуальный дефект. Поэтому длину канала обычно делают порядка 10 мкм, а, кроме того, используют резервирование транзисторов, а также резервирование строк и столбцов.

Интересным решением этой проблемы явилось создание

вертикального тонкопленочного полевого транзистора.

В этом транзисторе длина канала определяется толщиной пленки диэлектрика и составляет 0,5 – 1,0 мкм.


----------------------------------------------------


















Эффекты переключения и памяти в халькогенидных

стеклообразных полупроводниках


Халькогенидные стеклообразные полупроводники обладают уникальным свойством – эффектом переключения, то есть быстрым переходом материала из высокоомного состояния в низкоомное при приложении напряжения определенной величины.

Другими словами, структура Ме – ХСП – Ме

имеет S – образную ВАХ с участком отрицательного

сопротивления. Впервые эффект переключения был

обнаружен в ХСП в 1963 году Коломийцем – Лебедевым

(статья) и Овшинским (патент) независимо друг от друга.

Несмотря на проведенные с этого времени

многочисленные исследования, единой теории эффекта

переключения до настоящего времени не создано. Разработан лишь ряд моделей и гипотез, объясняющих отдельные эксперименты.

Вместе с тем, на базе этого эффекта созданы две группы приборов, как в дискретном, так и в интегральном исполнении:

  • пороговые (или моностабильные) переключатели;

  • бистабильные переключатели (или переключатели с памятью).

Начнем с рассмотрения основных характеристик этих двух групп приборов.

Пороговые переключатели на основе ХСП

Типичный переключатель представляет собой пленку ХСП толщиной около 1 мкм, заключенную между двумя металлическими электродами (рис. выше).

ВАХ порогового переключателя симметрична и подобна ВАХ симметричного кремниевого динистора.

Первоначально переключатель находится в высокоомном состоянии, проводимость подчиняется линейному омическому закону, сопротивление порядка 105 Ом.

При напряженности электрического поля порядка

104 В/см линейный закон переходит в экспоненциальный (ln I U), что соответствует механизму протекания тока, ограниченного пространственным зарядом. При достижении некоторой пороговой величины напряжения (Uth) происходит переключение прибора в низкоомное состояние. Величина порогового напряжения линейно зависит от толщины пленки и соответствует величине электрического поля порядка 105 В/см. При этом сопротивление прибора уменьшается на 5 – 6 порядков величины. Динамическое сопротивление прибора в низкоомном состоянии составляет примерно 1 Ом.

В низкоомном состоянии при уменьшении тока до некоторой величины Ih происходит обратное переключение прибора в высокоомное состояние.

Величина тока в высокоомном состоянии пропорциональна площади электродов (активной площади прибора). Однако в низкоомном состоянии величина тока от площади электродов не зависит. Этот факт свидетельствует о том, что в низкоомном состоянии образуется токовый канал (шнур) с достаточно малым сечением и большой плотностью тока, занимающий лишь малую часть активной площади прибора. В дальнейшем факт образования токового канала был подтвержден экспериментально. Следствием образования канала является малые значения тока (единицы миллиампер) во включенном (низкоомном) состоянии.

Н

d, m

Uth

Uh

апряжение удержания прибора в

низкоомном состоянии (Uh) не зависит от

толщины пленки ХСП (рисунок). Это

может быть только в случае, если

бо'льшая часть приложенного к прибору

напряжения падает на контактах, а не в

объеме материала.

Если построить зависимости от

толщины пленки ХСП порогового (Uth) и

удерживающего (Uh) напряжений, то

можно видеть, что существует некоторая

к


ритическая толщина (примерно 0,2 мкм),

при которой эти напряжения становятся

равными друг другу. Следовательно, при этой и меньших толщинах в данном типе приборов переключение становится невозможным.

К сказанному следует добавить, что пороговое напряжение уменьшается с увеличением температуры, при приложении давления и не зависит от освещения образца. При освещении увеличивается только пороговый ток (Ith) при постоянном Uth.

Важными характеристиками переключателей являются их временные характеристики: время включения, время выключения.

В

t s.b

ts

td

ремя включения
порогового переключателя


Случайные файлы

Файл
108840.rtf
56887.rtf
86045.rtf
176117.rtf
104253.rtf




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.