Från tidiga plana CMOS-processer till avancerade FINFET: er fortsätter P-typsubstrat att användas i stor utsträckning i integrerad kretsdesign. Varför föredrar integrerad kretstillverkning p-typ kisel?
Vad är p-typ kisel och kisel av N-typ?
Intrinsic kisel har dålig elektrisk konduktivitet. När pentavalenta element (såsom fosfor P, arsenik As, antimon SB) dopas in i det, kommer en extra "fri elektron" att genereras. Dessa fria elektroner kan röra sig fritt → bildar en halvledare som huvudsakligen är elektroniskt ledande, kallad kisel av N-typ. När trivalenta element (såsom bor B) dopas, eftersom boratomer har en mindre valenselektron än kisel → "hål" kommer att bildas i gitteret. Dessa hål kan röra sig fritt och bli majoritetsbärare, som används för att bygga NMOS -enheter.
Vilka är de historiska och praktiska skälen för att använda p-typ kisel?
1. NMOS -enheter dominerade under de första dagarna
På 1970- och 1980-talet använde tidiga digitala kretsar mestadels NMOS-logikkretsar. NMOS-strukturen är snabb och enkel att tillverka och kan byggas direkt på ett underlag av P-typ utan behov av en ytterligare brunnstruktur; Därför: P-typsubstratet är det naturliga underlaget som stöder NMOS-enheter.
2. CMOS-teknik fortsätter p-typskivstrukturen
After the emergence of CMOS technology, NMOS and PMOS must be integrated at the same time: NMOS: still built on a P-type substrate (compatible with the previous NMOS process) PMOS: N-well is built on a P-type substrate to accommodate PMOS This means that only one doping step needs to be added to complete CMOS manufacturing on an existing P-type substrate.
3. Processkompatibilitet och avkastningskontroll
Att använda ett substrat av p-typ gör det enklare att kontrollera spärrproblem; Elektroner, som minoritetsbärare (i p-typ), har ett kort diffusionsavstånd och är enkla att undertrycka parasiteffekter; Substrat jordningsdesign och väl isoleringsstruktur är också optimerade runt p-typ kiselprocessen.
4. Fast substratpotential (förenklad förspänning)
P-typsubstrat kan direkt jordas (GND) som en enhetlig referenspotential; Om det är ett substrat av N-typ måste underlaget vara anslutet till VDD, som kommer att införa potentiella fluktuationer på grund av belastningsförändringar, vilket orsakar PMOS VT-offset och brusproblem.
