Если на затвор полевого транзи-а подать положительный заряд?

[SVD-d]

Dmitriy40 в сообщении #1285072 писал(а):

Хм, а мне казалось этого добиваются легированием подзатворной области

В таком случае это не называется транзистором с индуцированным каналом. Индуцированный - это значит, что канала сначала нет, а потом при приложении поля он появляется. Легированием вы получите обычный полевик.

[realeugene]

SVD-d в сообщении #1285385 писал(а):

Легированием вы получите обычный полевик.

"Обычный полевик" - это полевик с p-n переходом. Легированием получают МОП транзисторы, работающие в режиме обеднения канала. По крайней мере, так было написано в старых книжках, сам я транзисторы не пёк.

[Dmitriy40]

SVD-d
Нет, в вики чётко нарисовано, для транзисторов с встроенным каналом под затвором подложка $n$ легирована до проводимости $p$ (вариант b на картинке, кликабельно):


Откуда Вы взяли про насыщение диэлектрика зарядом мне непонятно.

[SVD-d]

На всякий случай напомню три вещи.

1)

Dmitriy40 в сообщении #1285405 писал(а):

в вики чётко нарисовано, для транзисторов с встроенным каналом под затвором подложка $n$ легирована до проводимости $p$

ТС спрашивал про транзистор с изолированным затвором и индуцированным каналом. Если говорить про изолированный затвор, то, при всей схожести названий, полевой транзистор с индуцированным каналом и со встроенным каналом - это совершенно разные приборы, и технология производства у них различается. Так, для работы с индуцированнм каналом достаточно залегировать области под стоком и истоком, после чего окислить поверхность (в кремнии делают именно так: изолятор там оксид кремния) и нанести затвор. Для работы со встроенным каналом приходится через маску легировать отдельно области стока и истока, отдельно область канала, и только после этого окислять и наносить. Естественно, травление оксидов и нанесение контактов я не обсуждаю, они везде примерно одинаковы.
Поэтому да, в вики действительно нарисована правильная картинка, и ссылаетесь вы на неё правильно, однако она относится к другому прибору.

2)

realeugene в сообщении #1285392 писал(а):

Легированием получают МОП транзисторы, работающие в режиме обеднения канала.

Полевой транзистор с p-n-переходом тоже получают легированием. Собственно, кроме как легированием невозможно получить какую-либо проводимость, отличную от собственной. Тут скорей важно посчитать, сколько раз легировали и каким типом. Потому что если мы хотим получить исток и сток n-типа в p-типе, то легирований будет два, а если мы хотим получить ещё и канал, то их будет уже три. Транзисторы с управляющим p-n-переходом требуют тоже трёх последовательных легирований.

3)

Dmitriy40 в сообщении #1285405 писал(а):

Откуда Вы взяли про насыщение диэлектрика зарядом мне непонятно.

Это - самый обычный способ на структуре с индуцированным каналом получить нормально открытый транзистор. Так как полевой транзистор управляется полем затвора, то внедрение заряда в подзатворный диэлектрик создаёт дополнительное поле и индуцирует канал, который потом приложением нужного смещения закрывается.
Ну вы же понимаете, что иногда людям хочется иметь нормально открытый транзистор, который можно закрывать напряжением, а иногда хочется иметь нормально закрытый, который можно открывать. Способов это реализовать - множество.
А если вы спросите, почему нельзя для этого использовать транзистор со встроенным каналом, зачем его индуцировать таким странным способом, то я отвечу: индуцированный канал гораздо проще получить.

[Dmitriy40]

SVD-d
Нет, я спрошу другое, что уже спрашивал: где можно почитать про насыщение подзатворного диэлектрика зарядом. Да, я согласен, это теоретически возможный способ создания нормально открытого транзистора, вопрос как в диэлектрик насовать заряд и обеспечить его там сохранность всё время жизни транзистора. Сошлитесь хоть на вики, может я там не заметил используемого практически такого способа. Только на flash память не ссылайтесь.

[SVD-d]

Ммм... Понятно. Если честно, я не сразу понял, что суть вопроса именно в этом. Так-то встроенный в диэлектрик заряд - вещь настолько обыденная, что даже в стародавнем Зи есть инструкции о том, как по CV характеристикам МДП находить его знак и величину.

Самый простой способ внести заряд в диэлектрик - облучение и имплантация кислорода. Облучение создаёт оборванные связи, а кислород замыкает их на себя. Но вообще способов море. Я не то чтобы каждый день этим занимаюсь, но беглый гуглёж находит довольно много статей на эту тему. Вот, например, первая попавшаяся:

Накопление заряда в диэлектрике и состояния на границах структур кремний-на-изоляторе при облучении электронами и гамма-квантами
Д.В. Николаев, И.В. Антонова, О.В. Наумова, В.П. Попов, С.А. Смагулова
Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. 4

[Dmitriy40]

Э, а это всё точно используется в производстве транзисторов? Насовать-то заряды наверняка можно тысячами разных способов, но имеют ли они отношение к серийным полевым транзисторам?
Ну и чисто ИМХО опять же, добавить одну лишнюю маску при производстве для легирования канала - тривиально и не дорого (тем более для дискретных транзисторов, нормы у которых прошловековые), а вот добавить некий странный неиспользуемый больше в техпроцессе метод заряда диэлектрика ... сложнее.
Я конечно могу позвонить коллеге кто учился по теме именно полупроводникового производства (и до сих пор связан с ним, хоть и не прямо), но интересны и Ваши источники о серийном производстве транзисторов.

-- 18.01.2018, 19:06 --

Я собственно почему сомневаюсь в таком способе серийного производства нормально открытых МОП транзисторов - есть же пример flash памяти, у которой заряд утекает с изолированного затвора только так (что и является одной из двух её главных проблем). Почему не будет утекать заряд из диэлектрика мне не совсем понятно. А время жизни полевых транзисторов существенно больше времени хранения заряда в flash памяти. Для дискретных транзисторов эффект конечно можно сделать сколь угодно малым, это да, но всё равно выглядит странно.

[SVD-d]

На первый вопрос - точно ли это используется - можно сразу и бесповоротно сказать: да, используется. Если вы где-то встречаете normally off MOSHEMT, то это именно оно.
А что вы имеете в виду под "неиспользуемым больше в техпроцессе методом" - честно говоря, не понимаю. Стоит ли считать нанесение омических контактов неиспользуемым больше в техпроцессе методом? Может ли им считаться промывка пластины или резка кристалла на отдельные элементы? Половина технологических процессов по сути являются одноразовыми.

Второй вопрос интереснее.
Дело в то, что заряд в тех же flash устройствах накапливается не в диэлектрике, а в полупроводнике, который имеет хоть и маленькую, но всё же известную электронную проводимость.
Внутри же диэлектрика (особенно оксидов кремния или алюминия) электронная проводимость стремится к нулю, а носителями заряда по сути являются ионы. Для них коэффициент диффузии настолько ничтожен, что даже отжиг при большой температуре не позволит оборванным связям восстановиться. Заряд в диэлектрике может храниться долгие годы.

Dmitriy40 в сообщении #1285460 писал(а):

Я конечно могу позвонить коллеге кто учился по теме именно полупроводникового производства (и до сих пор связан с ним, хоть и не прямо)

А вот это, кстати, интересно. Не так уж много в России имеется людей, которые до сих пор занимаются полупроводниками, особенно если эти полупроводники - не кремний. Он где учился?

[Dmitriy40]

SVD-d в сообщении #1285675 писал(а):

Если вы где-то встречаете normally off MOSHEMT, то это именно оно.

Хм, про это почитаю чуть позже, по названию технологии непонятно при чём тут заряд, ведь вроде высокая подвижность электронов. Но может первые два слова всё меняют, не понимаю пока, почитаю.

SVD-d в сообщении #1285675 писал(а):

Половина технологических процессов по сути являются одноразовыми.

Я имел в виду, что добавление ещё одной маски легирования относительно просто (грубо говоря ещё раз прогнать через тот же станок), а вот например радиационное формирование заряда в материале потребует источника радиации, больше ни для чего не нужного. Конечно если заряд внедрять тем же ионным осаждением (т.е. фактически легированием), то проблемы наверное нет.

SVD-d в сообщении #1285675 писал(а):

Дело в то, что заряд в тех же flash устройствах накапливается не в диэлектрике, а в полупроводнике, который имеет хоть и маленькую, но всё же известную электронную проводимость.

Это тоже непонятно, всегда считал что заряд накапливается на куске металла внутри диэлектрика. И это вроде бы так и есть, судя по картинке в той же вики. Сам плавающий затвор может быть хоть из металла, хоть из поликремния, не суть важно, заряд с него никуда деться не может, и самоликвидироваться тоже не может, это же не поляризация, это конкретное количество лишних электронов. Утечь они могут только через диэлектрик. Потому к чему тут электронная или дырочная проводимость неясно.

SVD-d в сообщении #1285675 писал(а):

Он где учился?

Вот не помню, давно это было. Напрямую с выпечкой кристаллов давно не связан, но более-менее в курсе технологий.

[Dmitriy40]

SVD-d в сообщении #1285675 писал(а):

normally off MOSHEMT

Похоже на опечатку, наверное должно быть on.
Почитал про MOSHEMT, какие-то это сугубо специальные транзисторы. Но про создание какого-то заряда в области затвора так и не обнаружил.
Погрузившись в детали полупроводниковой технологии вообще постепенно перестал понимать чем заряд отличается от типа проводимости ... Но вроде бы кристаллы при производстве остаются электронейтральными, т.е. легирование объёмный заряд не создаёт. Насколько это принципиально - не понял.

С другой стороны, я пожалуй всё же соглашусь что для дискретных транзисторов (да и в микросхемах по крупным нормам) нет проблемы вывести плавающий затвор куда-то вбок кристалла наружу и при тестировании или корпусировании подать туда десяток вольт. Не выводя проводник наружу корпуса и герметизировав его пластиком корпуса (или заливочным компаундом, смотря что применяют). В такой схеме этот контакт так и останется плавающим, а за счёт большой толщины диэлектрика утечки будут ничтожными.
Непонятно только почему же их не производят широко, во всяком случае я таких не встречал, как где не поставят мелкий источник тока - так везде КП103 и всё, даже обычно без замены на импортный аналог (2N3329?). Но возможно это из-за их ограниченного применения.
А ведь не производят, ведь это же позволяет очень точно отрегулировать порог открывания, уже после изготовления пластины, в процессе теста/выбраковки. Но опять же не слышал про широко распространённые такие транзисторы.

[SVD-d]

Dmitriy40 в сообщении #1285784 писал(а):

Но вроде бы кристаллы при производстве остаются электронейтральными, т.е. легирование объёмный заряд не создаёт.

Если мы про весь кристалл в целом, то да, легирование заряд кристалла не меняет. Но внутри кристалла легированием можно создать область объёмного или пространственного заряда (ОПЗ), на которой и работают все полупроводниковые приборы (не считая резисторов). Внутри этой области с одной стороны сконцентрированы положительные ионы, а с другой - отрицательные. Возникает встроенное поле, которое разделяет подвижные носители, появляется градиент заряда. Но вне области ОПЗ поле не проникает, и в целом полупроводник электрически нейтрален.

Dmitriy40 в сообщении #1285784 писал(а):

MOSHEMT, какие-то это сугубо специальные транзисторы.

Я бы не назвал их чем-то специальным. Вот смотрите: в 2000 году Алфёров получил Нобелевскую премию за гетеропереходы. Естественно, занимался он ими перед этим тридцать лет. Как и весь остальной мир. Уже в 2002 Фуджитсу, кажется, приготовила первый транзистор с высокой подвижностью электронов - ТВПЭ или HEMT, построенный на тех самых гетеропереходах. С тех пор HEMT не использует только ленивый: частоты в сотни гигагерц и огромные пробивные напряжения - это то что нужно для радаров, излучателей (особенно, мощных) и антенн. HEMT сегодня используется в телефонах, танках и спутниках. И единственная причина, по которой мы до сих пор производим СВЧ транзисторы на кремнии - это то, что кремний на два порядка дешевле, чем нитрид галлия. Ну и то, что на всю Россию найдётся всего три группы людей, которые знают, как с ним работать, и работают они вовсе не на заводе - но это, впрочем, поправимо.
А уж какой делать HEMT - MOS, MES или что похитрее - это уже конкретная авторская задумка, которая меняется при потребности.

Dmitriy40 в сообщении #1285784 писал(а):

нет проблемы вывести плавающий затвор куда-то вбок кристалла наружу и при тестировании или корпусировании подать туда десяток вольт. Не выводя проводник наружу корпуса и герметизировав его пластиком корпуса (или заливочным компаундом, смотря что применяют). В такой схеме этот контакт так и останется плавающим, а за счёт большой толщины диэлектрика утечки будут ничтожными.

Ммм... Даже если подать на него сто вольт, пока нет тока - а тока нет, ведь затвор-то в диэлектрике - нет и заряда. Если мы поставим прямо над плавающим затвором управляющий и соединим его с землёй, то у нас получится зарядить плавающий затвор за счёт туннелирования.
Но тогда, во-первых, мы получим FLASH, который не очень хорош как транзистор.
Во-вторых, раз заряд смог туннелировать на наш затвор, он ровно так же со временем сможет туннелировать обратно. Чтобы такого не случилось, можно увеличить толщину диэлектрика, но тогда влияние заряда упадёт, да и напряжение придётся подавать побольше. А совсем уж много тоже не подашь, потому что пробивные напряжения для оксида кремния в лучшем случае составят сотню вольт. В общем, проблем полно.

Вот серьёзно: создать ионы в диэлектрике гораздо проще, чем удерживать электроны в одном месте. Установки для облучения стоят повсюду. Любой завод, работающий с транзисторами, держит у себя ускоритель или знает людей, у кого этот ускоритель стоит. Облучение повсеместно используется для введения рекомбинационных центров в полупроводник, уменьшения времени жизни, создания поверхностных состояний, повышения рабочей частоты диодов и транзисторов.
При помощи облучения занимаются трансмутацией кремния, при помощи облучения могут создать слой дислокаций ровно посреди пластины, чтобы потом термическим ударом разделить её на две пластины вдвое меньшей толщины.
Готовые устройства при наличии военной приёмки обязательно проверяют на радиационную стойкость. То есть, накапливают определённую дозу и смотрят, как прибор себя поведёт. Для проверки детекторов облучение необходимо просто по определению.

Все знают, для какой цели какая нужна доза и какое время. Сколько нужно отжигать и сколько выдерживать. Этому учат студентов на втором курсе. Более отработанной техники в полупроводниковом производстве нет - даже легирование и очистка требуют большего мастерства.

[Dmitriy40]

Ну что же, значит я просто не в курсе современных достижений и тупо использую хорошо знакомые и дешевые серийные вещи. Будем считать что согласен с Вами (особенно учитывая малость моих знаний о полупроводниках).
Единственный момент что хочу уточнить:

SVD-d в сообщении #1286492 писал(а):

Ммм... Даже если подать на него сто вольт, пока нет тока - а тока нет, ведь затвор-то в диэлектрике - нет и заряда. Если мы поставим прямо над плавающим затвором управляющий и соединим его с землёй, то у нас получится зарядить плавающий затвор за счёт туннелирования.
Но тогда, во-первых, мы получим FLASH, который не очень хорош как транзистор.

Ток будет, ведь фактически заряжаем плоский конденсатор (с электродами в виде плавающего затвора и подложки). Как зарядится - будет и управляющее поле.
Ну да, flash, только не с нанометровыми зазорами (диэлектриком), а с микронными, что на порядки снизит ток утечки (и туннелирования).

[amon]

SVD-d в сообщении #1286492 писал(а):

кремний на два порядка дешевле, чем нитрид галлия.

Если речь об СВЧ технике, то все-таки арсенид, а не нитрид. Нитрид галлия это светодиоды.

[SVD-d]

Dmitriy40 в сообщении #1286517 писал(а):

Ну да, flash, только не с нанометровыми зазорами (диэлектриком), а с микронными, что на порядки снизит ток утечки (и туннелирования).

Тоже можно. Но тут возникает другая проблема. Чем больше расстояние между управляющим затвором и каналом, тем большее напряжение приходится подавать и тем меньше скорость переключения. Все хотят как можно более тонкий диэлектрик. Но слишком тонкий тоже нельзя брать: пробьётся. Вот и ищут баланс. Для каждой новой структуры пересчитывают заново.

amon в сообщении #1286538 писал(а):

Если речь об СВЧ технике, то все-таки арсенид, а не нитрид. Нитрид галлия это светодиоды.

На границе гетероструктуры GaN/AlGaN возникает потенциальная яма для электронов, внутри которой находится двумерный электронный газ, подвижность которого на один-два порядка выше, чем в том самом GaAs. На базе этих гетероструктур делают полевые транзисторы - те самые MOSHEMT, которые мы сегодня и обсуждаем :)
Соответственно, можете сравнить: для СВЧ транзисторов на базе GaAs типичная частота 10-20 ГГц, для GaN/AlGaN - 600-1000 ГГц.

Можно спросить, почему перестают делать такие гетероструктуры на базе старого-доброго GaAs, технология производства которого уже давно отработана? Тут два пункта.
Во-первых, ширина запрещённой зоны GaN - 3.4 эВ, AlN - 6.2 эВ, GaAs - всего 1.4 эВ. Соответственно, ширина потенциальной ямы будет на порядок меньше.
Во-вторых, удельное сопротивление GaN, как правило, выше чем у GaAs на... Ммм... Сейчас прикину... 10 порядков? Ну да, как-то так и получается. Соответственно, пробивные напряжения и токи утечки на много порядков лучше.

[amon]

Действительно, отстал от жизни. Транзисторы на GaN сейчас во всю лепят. Правда, как я понимаю, мощные и средней мощности, у которых ширина запрещенной зоны по существу.
По поводу

Dmitriy40 в сообщении #1285437 писал(а):

насыщение подзатворного диэлектрика зарядом.

На сколько я помню, там проблема была такая. GaN и прочие компоненты структуры прекрасные пьезоэлектрики, структура растится напряженная из-за рассогласования решеток подложки и самой структуры, поэтому на границах сам собой возникает заряд, который на самом деле портит всю малину (кому нужен нормально открытый транзистор). Как я узнал полчаса назад, эту проблему уже года два как перебороли, и научились делать нормальные полевые транзисторы на основе GaN.