Desde los primeros procesos CMOS planos hasta FINFET avanzados, los sustratos de tipo P continúan siendo ampliamente utilizados en el diseño de circuitos integrados. ¿Por qué la fabricación de circuitos integrados prefiere el silicio de tipo P?
¿Qué es el silicio de tipo P y el silicio de tipo N?
El silicio intrínseco tiene poca conductividad eléctrica. Cuando los elementos pentavalentes (como el fósforo P, el arsénico AS, el antimonio SB) se dopan en él, se generará un "electrón libre" adicional. Estos electrones libres pueden moverse libremente → formando un semiconductor que es principalmente conductivo electrónicamente, llamado silicio de tipo N. Cuando los elementos trivalentes (como el boro b) están dopados, ya que los átomos de boro tienen un electrones de valencia menos que el silicio → "agujeros" se formarán en la red. Estos agujeros pueden moverse libremente y convertirse en portadores mayoritarios, que se utilizan para construir dispositivos NMOS.
¿Cuáles son las razones históricas y prácticas para usar silicio de tipo P?
1. Dispositivos NMOS dominados en los primeros días
En las décadas de 1970 y 1980, los primeros circuitos digitales usaron en su mayoría circuitos lógicos de solo NMOS. La estructura NMOS es rápida y fácil de hacer, y puede construirse directamente sobre un sustrato de tipo P sin la necesidad de una estructura de pozo adicional; Por lo tanto: el sustrato de tipo P es el sustrato natural que admite dispositivos NMOS.
2. La tecnología CMOS continúa la estructura de obleas de tipo P
Después de la aparición de la tecnología CMOS, las NMO y las PMO deben integrarse al mismo tiempo: NMOS: todavía se basa en un sustrato de tipo P (compatible con el proceso de NMOS anterior) PMOS: N-Well se construye en un sustrato de P-Type PMO para acomodar esto significa que solo se necesita agregar un paso de dopaje a la fabricación completa de CMOS en un substrate P-Type existente.
3. Compatibilidad del proceso y control de rendimiento
El uso de un sustrato de tipo P facilita el control de los problemas de enganche; Los electrones, como portadores minoritarios (en tipo P), tienen una distancia de difusión corta y son fáciles de suprimir los efectos parásitos; El diseño de conexión a tierra del sustrato y la estructura de aislamiento del pozo también están optimizados alrededor del proceso de silicio de tipo P.
4. Potencial de sustrato fijo (sesgo simplificado)
El sustrato de tipo P se puede conectar directamente (GND) como un potencial de referencia unificado; Si se trata de un sustrato de tipo N, el sustrato debe estar conectado a VDD, que introducirá fluctuaciones potenciales debido a cambios de carga, causando problemas de compensación y ruido de PMOS VT.
