От ранните ранни Planar CMOS процеси до усъвършенстваните финфети, P-тип субстрати продължават да се използват широко в интегралния дизайн на веригата. Защо производството на интегрални вериги предпочита силиций от тип P?
Какво представлява силиций от тип P-тип и N-тип?
Вътрешният силиций има лоша електрическа проводимост. Когато пентавалентните елементи (като Phosphorus P, Arsenic as, Antimony SB) се лекуват в него, ще се генерира допълнителен "свободен електрон". Тези свободни електрони могат да се движат свободно → образуват полупроводник, който е главно електронно проводим, наречен N-тип силиций. Когато тривалентните елементи (като Boron B) са легирани, тъй като атомите на борта имат един по -малко валентен електрон, отколкото силиций → "дупки" ще се образуват в решетката. Тези дупки могат да се движат свободно и да се превърнат в мажоритарни носители, които се използват за изграждане на NMOS устройства.
Какви са историческите и практически причини за използване на P-тип силиций?
1. NMOS устройствата доминираха в първите дни
През 70-те и 80-те години ранните цифрови схеми предимно използваха логически вериги само за NMOS. Структурата на NMOS е бърза и лесна за приготвяне и може да бъде директно изградена върху P-тип субстрат, без да е необходима допълнителна структура на кладенеца; Следователно: P-тип субстрат е естественият субстрат, който поддържа NMOS устройства.
2. CMOS технологията продължава структурата на вафли от тип P-тип
След появата на CMOS технология, NMOS и PMOS трябва да бъдат интегрирани едновременно: NMOS: Все още е изграден върху P-тип субстрат (съвместим с предишния NMOS процес) PMOS: N-Well е изграден върху P-тип субстрат, за да се приспособи PMOS, това означава, че само една допинг стъпка трябва да бъде добавена за завършване на CMOS производство на съществуващ P-Type Странно.
3. Съвместимост на процеса и контрол на добива
Използването на P-тип субстрат улеснява контрола на проблемите с привързването; Електроните, като малцинствени носители (в P-тип), имат кратко разстояние на дифузия и лесно се потискат паразитни ефекти; Дизайнът на заземяването на субстрата и структурата на изолацията на кладенеца също са оптимизирани около процеса на силиконов тип P-тип.
4. Фиксиран потенциал на субстрата (опростено отклонение)
P-тип субстрат може да бъде директно заземен (GND) като унифициран референтен потенциал; Ако това е субстрат от N-тип, субстратът трябва да бъде свързан към VDD, което ще въведе потенциални колебания поради промени в натоварването, което води до компенсиране на PMOS VT и проблеми с шума.
