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CMOS的柵極雙極型晶體管 P溝道MOSFET

信息來源：本站　日期：2017-06-02　

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圖14.23(a)為- CMOS反相器，上方PMOS的柵極與下方NMOS的柵極相連，兩種器件皆為加強型MOSFET；對PMOS器件而言，閾值電壓VTn小于零，而對NMOS器件而言，閾值電壓VTn大于零（通常閾值電壓約為1/4VDD）．當輸入電壓Y1為接地或是小的正電壓時，PMOS器件導通(PMOS柵極-地間的電勢為-VDD，較vTp更小)，而NMOS為關閉狀態．因而，輸出電壓Vo十分接近VDD。（邏輯1）．當輸入為VDD時，PMOS(Vcs=0)為關閉狀態，而NMOS為導通狀態(Vi=VDD，>VTn)．所以，輸㈩電壓Vn等于零（邏輯），CMOS反相器有一個共同的特性：即在任一的邏輯狀態，在由VDD到接地間的串聯途徑上，其中有一個器件是不導通的，因而在任一穩定邏輯狀態下，只要小的漏電流；只要在MOS開關電源狀態時，兩個器件才會同時導通，也才會有明顯的電流流過CMOS反相器．因而，均勻功率耗費相當小，只要幾納瓦，當每個芯片上的器件數日增加時，功率耗費變成一個主要限制要素．低功率耗費就成為CMOS電路最吸收人的特征．

圖14. 23(b)為CMOS反相器的規劃．圖14.23(c)則為沿著A-A，的器件截面圖，在這個工藝中，先在n型襯底上停止p型注入摻雜而構成一個P型阱（或p型槽）.p型摻雜濃度必需足夠高才干過度補償(overcompensate)n型襯底的背景濃度(backgrounddoping).關于p型阱的n溝道MOSFET，工藝則與前面所提過的相同，關于p溝道MOSFET而言，注入B、或(BF2)、離子至n型襯底構成源極與漏極，而As+離子則可用于溝道離子注入來調整閾值電壓及在p溝道器件左近的場氧化層下構成n+溝道阻斷，由于制造p溝道MOS-FET需求p阱和其他的步驟，所以制造CMOS電路的工藝步驟數是NMOS電路的兩倍，因而，我們在工藝復雜性與降低功率耗費間需有所取舍，

除了上述的1，阱，另一個替代辦法是在1，型襯底內構成n阱，如圖14.24(a)所示．在這個，隋況下，n型摻雜濃度必需足夠高才干過度補償p型襯底的背景濃度（即ND>NA）．不論用p阱還是n阱，在阱中的溝道遷移率會衰退，由于遷移率是由全部摻雜濃度（NA十ND）決議的．最近有一種辦法為在輕摻雜的襯底內注入兩個別離的阱，如圖14. 24(b)所示．這個構造稱為雙阱(twin tubs).由于在任一阱中都不需求過度補償，所以能夠得到較高的遷移率。

一切CMOS電路都有寄生雙極型晶體管所惹起的閂鎖（latchup，或譯栓鎖）問題．一個可有效防止閂鎖問題的工藝技術為運用深溝槽隔離( deep trench isola-tion)，如圖14. 24(c)所示，在此技術中，應用各向異性反響離子濺射刻(anisotropicreactivesputteretching)刻蝕出一個比阱還要深的隔離溝槽．接著在溝槽的底部和側壁上生長熱氧化層，然后淀積多晶硅或二氧化硅以將溝槽填滿，這個技術消弭了閂鎖現象，由于n溝道與p溝道器件被深溝槽隔分開來，以下將討論關于溝槽隔離的細致步驟與相關的CMOS工藝.