P1030353

286 M.Polowczyk. E.KIugm.mn PRZYRZĄDY PÓhPRZEWODNIKOWB

6.2.3.3. Tranzystory FAM OS

Tranzystory FAMOS zwykle wykonuje się jako tranzystory EMOS z indukowanym kanałem typu p. Mają one bramkę wykonaną z silnie domieszkowanego krzemu polikrystalicznego całkowicie otoczoną dielektrykiem, niejako pływającą w dielektryku. Budowę i działanie tranzystora FAMOS zilustrowano na rys.6.60.

a)    b)

n

—n

□

r_B

Rys. 6.60. Tranzystor FAMOS bez kanału (a) i z kanałem (b) zaindukowanym ładunkiem wprowadzonym na bramkę

Pierwsze dane o tranzystorze FAMOS jako reprogramowalnej komórce pamięci stałej EPROM (ang. electricallyprogrammcdreadonlymemory) opublikowała firma Intel w 1971 roku. Bramka pływająca tego tranzystora, która jest ulokowana w odległości 80... JOOnm od powierzchni krzemu, może zostać naładowana ujemnie, co automatycznie indukuje kanał zdolny do przewodzenia prądu pomiędzy źródłem i drenem. Ładowanie bramki następuje dzięki wstrzykiwaniu elektronów podczas przebicia lawinowego w obszarze podłoże-dren lub podłoże-źródło. Przebicie takie wywołuje się przykładając na krótki czas napięcie U_BD lub Ugg o wartości około 30...45V.

Przy zbyt długim czasie trwania przebicia tranzystor może ulec zniszczeniu. Z tego punktu widzenia czas ten nie powinien przekraczać 0,6ms. Jest to jednak czas zbyt krótki

na wstrzyknięcie do bramki ładunku dającego możliwość poprawnej pracy przez dostatecznie długi czas. Dlatego proces wstrzykiwania należy powtarzać wielokrotnie.

Wartość ładunku wprowadzonego do bramki (Q_c) zależy oczywiście od wartości napięcia przyłożonego pomiędzy podłoże i dren (źródło). Ilustruje to rys.6.61, na którym przedstawiono zależność ładunku Q_G przy dwóch wartościach napięcia U_BD - 30 i 46V wg [J2].

Wartość Qq zależy również od rezystancji obwodu Rys.6.61, Zaic/no# ładunku sterującego przebiegiem.

zgromadzonego w ł>«mce    Zazwyczaj traiizyslory FAMOS tworzą matrycę ko-

iranzysrora FAMOS    , , f i /, .    ,    ,.

od sumarycznego czasu    ^m6rck P^8m,<?^ci współpracującą »U». Z. obwodami Z.Bpt*

su i odczytu stanu pamięci. Obwody te, jak wszystkie obwody półprzewodnikowych układów scalonych, mają znaczne rozrzuty parametrów. Dlatego programowanie stanu tranzystorów FAMOS prowadzi się indywidualnie, jednocześnie dla pewnej minimalnej grupy elementarnych komórek, np. dla grupy 8 komórek przechowujących bajt informacji. Czas programowania tych komórek jest zależny od wartości ich napięcia progowego Up. Napięcie to jest zaś funkcją ładunku Q_c.

Jeżeli właściwej wartości Up odpowiada ładunek Og=Qp. to zazwyczaj dla zaindu-kowania kanału wstrzykuje się ładunek o wartości 1,4 Qp. Wymaga to zastosowania od kilku do kilkuset cykli wstrzykiwania ładunku.

Po usunięciu napięcia wstecznego podłożc-drcn (-źródło), przy którym następuje wstrzykiwanie ładunku do bramki, ładunek ten zostaje zachowany, ponieważ izolowana bramka nie może się rozładować. W rzeczywistości następuje zawsze bardzo powolne rozładowywanie z powodu istnienia prądów upływu poprzez otaczający bramkę dielektryk. Prądy te zależą od temperatury i stopnia jonizacji dielektryka. Badania prowadzone przez firmę Intel wykazały, że ładunek tracony przez izolowaną brąmkę w ty powej pamięci LSI, w temperaturze otoczenia 125°C, w ciągu dziesięciu lat jest nic większy od 10% ładunku początkowego [J2J. Marciniak [Ml] podaje, żc utrata ładunku w tym czasie, w temperaturze 125°C sięga 30% wartości początkowej, co i lak jest wartością na tyle małą, źc stan tranzystora FAMOS po zaprogramowaniu można uznać za trwały przez okres dziesięciu lat.

Bramkę tranzystora FAMOS można rozładować stosunkowo prędko przez naświetlanie tranzystora promieniami ultrafioletowymi lub rentgenowskimi Takie promieniowanie jonizujące powoduje zwiększenie prądów upływu z bramki, pozwalając reprogramowaćstan tranzystora.

6.2.3.4. Tranzystory MN OS

Tranzystor MNOS jest tranzystorem EMOS z kanałem indukowanym typu p, w którym pod metalową bramką znajdują się dwie warstwy dielektryczne, tj. warstwa Si₃N₄ o grubości kilkudziesięciu nanometrów oraz warstwa SiOj o grubości kilku nanometrów (rys.6.62). Stan tranzystora jest zależny od ładunku zmagazynowanego w stanach pułapkowych na granicy warstw dielektrycznych. Ładunek ten może być przechowywany przez wiele lat, podobnie jak ładunek w bramce tranzystora FAMOS.

n

Rys. 6.62. Strukturo tranzystor* MNOS

Zaletą tranzystora MNOS w porównaniu z FAMOS jest możliwość pełnego oprogramowania stanu tranzystora sygnałami elektrycznymi (stan tranzystora FAMOS zapisuje się metodą elektryczną, a kasuje za pomocą promieniowania jonizującego). Przy odpowiednio dużym napięciu U_GS ładunek w stanach pułapkowych na granicy Si₃N₄-Si0₂ zmienia się wskutek tunelowania nośników do lub z półprzewodnika przez warstwę SiOj. Natomiast gdy napięcie UGS jest odpowiednio małe, to stan tego ładunku utrzymuje się na stałym poziomie. Dzięki tym właściwościom tranzystory