Устройство временной задержки электрического сигнала Советский патент 1984 года по МПК H01L29/78 

истома J( Z Н . ©-. || --.у у-у / / . / Р 1 /; s:v4VvsX -Si-n Распределение поВер еностнрго потенциала

УСТРОЙСТВО ВРЕМЕННОЙ ЗАДЕРЖКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СИГНАЛА, содержащее полупроводниковую подложку с расположенными на ней слоем диэлектрика и проводящим электродом, перекрывающими области истока и стока, выполненные в полупроводниковой подложке,о тличающееся тем, что, с целью расширения временного диапазона функционирования, в подложке мeждv истоком и стоком по всей ширине проводящего электрода в направлении, перпендикулярном движению носителей заряда, создан, по крайней мере, один потенциальный барьер.

17

Предлагаемое изобретение относится к области полупроводниковой техники и может быть использовано ка устройство временной задержки электрического сигнала с управляемым изменением временной задержки.

Известен МДП-транзистор с временной задержкой,содержащий области истока и стока, представляющие собой обычные p-tt-переходы, выполненные диффузией примеси в проводниковую подложку, металлический электрод, изолированный от подложки слоем диэлектрика, при этом поверхностная часть подложки, заключенная между истоком и стоком, является рабочей областью транзистора Л . Принцип работы транзистора основан на миграции ионов, всегда присутствующихна-поверхности непокрытого электродом окисла (напри(мер гидроксильные ионы) После подачи напряжения на металлический электрод, одноименно заряженные ионы мигрируют от электрода .во всех направлениях, изменяя проводимость непокрытой электродом области транзистора. Это приводит к образованию проводящего канала между истоком и стоком по всей рабочей области транзистора, величина протекающего при этом тока достигает насыщения. Недостаток заключается в том, что время задержки сигнала на выходе, определяемое от момента подачи напряжения на металлический электрод до мо мента появления тока насьпдения зависит от параметров процесса миграции ионов, т.е. от параметров окружающей среды (например температуры, влажности и т.д.), что приводит к нестабильности работы прибора.

Известно также устройство временной задержки электрического сигнала, содержащее полупроводниковую подложку с расположенными на ней слоем диэлектрика и проводящим электродом, перекрьшающим выполненные в полупроводниковой подложке области истока и стока и

Данное устройство является ближайшим к изобретению по технической сущности и достигаемому результату.

- Его недостаток заключается в трм, что задержки оп15еделяется частотой следования тактовых импульсов tp , которая ограничена снизу длительностью хранения заряда в МДП-эле,ментах1,.е, величиной паразит172

ного термогенерируемого в потенциальных ямах элемента заряда.

Цель изобретения - расширение временного диапазона функционирования.

Цель достигается тем, что в подложке между истоком и стоком по всей щирине проводящего электрода в направлении, перпендикулярном движению носителей заряда, создан по крайней мере, один потенциальный барьер.

Потенциальный может быть вьтолнен либо в виде ступенчатого диэлектрика, либо в виде диффузионной области такого же типа проводимости как и подложка.

На фиг.1 показан один из, вариантов устройства временной задержки электрического сигнала; на фиг.2 экспериментальная зависимость времени задержки от нагфяжения на проводящем электроде.

Устройство содержит подложку 1, диэлектрик 2, проводящий электрод 3, исток 4, сток 5, потенциальные барьер 6 и яма 7, диффузионные области 8 или ступеньки диэлектрика, обеспечивающие потенциальный барьер.

Металлический электрод 3 изолирован от полупроводниковой подложки 1 слоем диэлектрика 2. Для определенрости приведена кремниевая подложка п -типа проводимости и диэлектрик .SiOj . Истоком 4 и стоком 5 транзистора могут служить любые устройства, обеспечиваклцие ввод заряда носителей в потенциальную яму под электродом, образующуюся после подач на электрод напряжения, и редистрацию заряда на выходе (например, р-п -переход, диод Шоттки, плавающий затвор и т.д.). Для определенности на фиг.1 в качестве истока и стока, приведены обычные р-п -переходы, выполненные диффузией бора в подложку. Причем р-л -переход стока обратно смещен, р-п. -переход истока находится под потенциалом земли.

В подложке между истоком и стоком созданы туннельно непрозрачные потенциальные барьеры, которые могут быть выполнены по-разному. Например, в виде диффузионной примеси 8 того же типа проводимости, что и подложка, но концентрацией значительно болшей, чем концентрация примеси в подложке, или в виде ступенчатого ди электрика под проводящим электродом. 3 Пороговое напряжение МДП-структуры зависит от ряда параметров: толщины диэлектрика, концентрации примеси в подложке под электродом и т.д. Чем больше толщина диэлектрика, чем вьше концентрация примеси в подложке тем -больше по абсолютномузначению пороговое напряжение МДП-структуры. Поэтому после подачи на электрод 3 напряжения, превьшающего по абсолютной величине пороговое напряжение МДП-структуры, в подложке создается рельеф распределения поверхностного потенциала, как показано пунктиром на фиг.1. Принцип действия устройства време ной задержки электрического сигнала заклю1ается в следующем. На металлический электрод 3 подается отрицательное напряжение. В подложке вблизи.поверхности под электродом создаются потенциальным, ямы. Так как поверхностный потенциал вблизи истока более отрицательный, чем потенциал истока, носители заряда (дырки) инжектируются в первую от истока глубокую потенциальную яму (см.фиг.1). По мере заполнения носителями глубокой потенциальной ямы, ее поверхност ный потенциал по абсолютной величине становится меньше, чем поверхностньй потенциал расположенного рядом цотенциального барьера, и после заполнения первой потенциальной ямы носители заряда инжектируются через барьер в следующую глубокую потенци альную яму и т.д., пока не достигну области стока, где регистрируются. Время заполнения глубокой потенциаль ной ямы зависит от ее геометрических размеров, напряжения на электрод и проводимости потенциального барьера. Для снятия экспериментальной зависимости используется МДП-транзистор, расстояние между истоком и стоком которого 1,5 мм, а ширина канала в направлении, перпендикуляр ном направлению движения носителей заряда 50 мкм. Ширина потенциальных барьеров и потенциальньк ям постоян на и равна ширине канала транзисто7 4 ра. Кривая фиг.2 показьшает зависимость ti, - j ) для случая, когда потенциальные ямы длиной 20 мкм чередуются потенциальными барьерамидлиной 10 мкм. Полное время задержки устройства равно суммарному времени заполнения всех потенциальных ям, находящихся между истоком и стоком, и может плавно регулироваться изменением напряжения на электроде. Максимальное время задержки ограничено временем накопления паразитного заряда в потенциальной яме под электродом, т.е. временем релаксации ямы. На современном уровне технологии времена релаксации ямы составляют v Ю с. В целях Yвeличeния времени задержки и устранения ограничения паразит- ., ным сигналом на кристалле можно реализовать устройство, представляющее собой матрицу из рассмотренного устройства временной задержки. В отличие от ЛЗ ПЗС это не приводит к усложнению схемы управления устройством. Предлагаемое устройство временной задержки в сравнении с известными устройствами временной задержки имеет следующие преимущества. Устраняется зависимость времени задержки от параметров окр5гжающей среды, так как вся рабочая область устройства временной задержки между истоком и стоком перекрыта проводящим электродом и, следовательно, поверхность диэлектрика, расположенного между электродом и подложкой, защищенаот воздействия окружающей среды. Упрощается схема управления, так как для запуска устройства необходим только низковольтный источник постоянного напряжения.. Технология изготовления устройства временной задержки электрического сигнала хорошо освоена и не требует формирования ни узких зазоров между электродами, ни перекрывающихся электродов, как в ЛЗ ПЗС, в результате обеспечивается высокий процент выхода годных структур и снижается стоимость устройства временной задержки.

2 to Фиг. Z