1.7. Особенности технологии и технико-экономические показатели производства пт

Полевые транзисторы изготавливаются с использованием планарной технологии.

При производстве ПТ с p-n-переходом широко используют два метода: метод эпитаксиального наращивания и метод двойной диффузии.

При использовании первого метода на поверхности подложки наращивают эпитаксиальный слой, имеющий тип проводимости, противоположный проводимости канала. Затвор транзистора прикрывает канал сверху. Его формируют либо наращиванием нового эпитаксиального слоя, либо путём диффузии примесей. Обычно концентрация примесей в затворе значительно превосходит концентрацию примесей в канале. Поэтому при подаче запирающего напряжения на p-n-переход слой объёмного заряда почти полностью распространяется в область канала. В некоторых конструкциях ПТ подложка электрически соединяется с затвором.

При использовании транзисторов методом двойной диффузии, как и при эпитаксиальном наращивании, в качестве подложки используют слаболегированную полупроводниковую пластину. В подложку проводят две последовательные диффузии. При первой диффузии формируется канал. Если используется подложка с проводимостью n-типа, то при формировании канала в нее вводится экцепториал примесь и канал обладает проводимостью p-типа.

При второй диффузии, которая проводится на меньшую глубину, чем первая, вводится примесь со свойствами противоположными вносимой при формировании канала. В приведенном примере вводят донорную примесь высокой концентрации и получают затвор типа n. Область затвора специально легируют более сильно, чем область канала. Этим достигается то, что при подаче запирающего напряжения на p-n-переход, слой объемного заряда распространяется в область канала и эффективно управляет его проводимостью.

В предельном случае затвор должен представлять бесконечно тонкий сильно легированный слой. Однако такой слой сложно сохранить при создании металлических электродов. Решение этой проблемы было найдено в использовании самого металлического электрода в качестве затвора. Такой прибор был назван ПТ с барьером Шоттки. Использование барьера Шоттки вместо p-n-перехода позволило резко уменьшить размеры прибора и добиться хороших частотных свойств.

При производстве МДП ПТ также используется полупроводниковая подложка. Наиболее широкое распространение получила кремниевая подложка. После окисления на поверхности подложки образуется тонкий слой диэлектрика из двуокиси кремния SiO₂. Через окна в диэлектрике методом диффузии в подложке создают две сильно легированные области с проводимостью обратной проводимости подложки. Одна из этих диффузионных областей используется в качестве истока, другая – стока. Металлический слой над слоем диэлектрика, прикрывающий пластину полупроводника между истоком и стоком, служит затвором.

Если в качестве подложки используется кремний p-типа, то её приповерхностный слой между истоком и стоком обогащается электронами. Так образуется встроенный канал с проводимостью n-типа.

Если в качестве подложки использовать кремний n-типа, то её приповерхностный слой также обогащается электронами. Для того чтобы между электродами истока и стока протекал заметный ток, нужно создать канал p-типа. Такой канал можно индуцировать в приповерхностном слое изменением заряда на поверхности подложки. На этом принципе работают МДП ПТ с индуцированным каналом.

В отличие от МДП ПТ известны транзисторы, которые создаются на диэлектрических подложках. Они получили название пленочных ПТ. В процессе производства пленочного ПТ полупроводниковый материал также как и металл электродов, и изолирующий материал селективно осаждаются на подложку. При этом используется техника вакуумного осаждения тонких пленок, открывающая возможности для дешевого автоматизированного производства приборов и ИС. Важным достоинством пленочных ИС является полная электрическая изоляция отдельных элементов. Однако тонкопленочные ПТ и ИС с тонкопленочными ПТ до настоящего времени не получили широкого распространения. Это объясняется тем, что до сих пор ещё не решена проблема получения приемлемого выхода тонкопленочных ПТ со стабильными характеристиками.

С целью создания ПТ с высокой крутизной и хорошими частотными свойствами разработаны различные варианты многоканальных ПТ. Эти транзисторы фактически состоят из большого числа одноканальных ПТ, соединенных параллельно. При их изготовлении стараются обеспечить максимальное отношение крутизны к току стока, уменьшить междуэлектродные емкости и получить высокое выходное сопротивление в пологой области.

Для изготовления ПТ пригодно значительно большее количество полупроводниковых материалов, чем для биполярных транзисторов. Это объясняется тем, что у ПТ нет ограничений, связанных со временем жизни неосновных носителей.

Стоимость ПТ и ИС с ПТ уменьшается по мере совершенствования технологий, (что обеспечивает увеличение процента выхода годных приборов) и увеличения объёма их производства. Ожидается снижение стоимости ПТ до уровня стоимости кремниевых биполярных транзисторов. С экономической точки зрения перспективна разработка БИС, позволяющая получить очень низкую удельную стоимость схемы. Стоимость одного ПТ БИС уже в настоящее время оказывается меньше стоимости дискретных кремниевых биполярных транзисторов.