Desde os primeiros processos do CMOS Planar até os FINFETs avançados, os substratos do tipo P continuam a ser amplamente utilizados no design do circuito integrado. Por que a fabricação de circuitos integrados prefere o silício do tipo P?
O que é o silício do tipo p e o silício do tipo n?
O silício intrínseco tem baixa condutividade elétrica. Quando elementos pentavalentes (como fósforo P, arsênico como, antimônio SB) forem dopados, um "elétron livre" extra será gerado. Esses elétrons livres podem se mover livremente → formando um semicondutor que é principalmente eletronicamente condutor, chamado silício do tipo n. Quando os elementos trivalentes (como o boro B) são dopados, uma vez que os átomos de boro têm menos um elétron de valência que o silício → "orifícios" serão formados na treliça. Esses orifícios podem se mover livremente e se tornar transportadores majoritários, que são usados para construir dispositivos NMOS.
Quais são as razões históricas e práticas para o uso de silício do tipo P?
1. Os dispositivos NMOS dominados nos primeiros dias
Nas décadas de 1970 e 1980, os primeiros circuitos digitais usaram principalmente circuitos lógicos somente para NMOS. A estrutura do NMOS é rápida e fácil de fazer, e pode ser construída diretamente em um substrato do tipo P sem a necessidade de uma estrutura de poço adicional; Portanto: o substrato do tipo P é o substrato natural que suporta dispositivos NMOS.
2. A tecnologia CMOS continua a estrutura de wafer do tipo P
Após o surgimento da tecnologia CMOS, os NMOs e PMOs devem ser integrados ao mesmo tempo: NMOS: ainda construídos em um substrato do tipo P (compatível com o processo NMOS anterior) PMOs: o N-well é construído em um substrato do tipo PMOs para acomodar o PMOS que existe que apenas um passo de broto precisa ser adicionado a CMOs.
3. Compatibilidade do processo e controle de rendimento
O uso de um substrato do tipo P facilita o controle de problemas de trava; Os elétrons, como portadores minoritários (no tipo P), têm uma curta distância de difusão e são fáceis de suprimir efeitos parasitas; O projeto de aterramento do substrato e a estrutura de isolamento bem também são otimizados em torno do processo de silício do tipo P.
4. Potencial de substrato fixo (viés simplificado)
O substrato do tipo p pode ser diretamente aterrado (GND) como um potencial de referência unificado; Se for um substrato do tipo n, o substrato deve ser conectado ao VDD, que introduzirá possíveis flutuações devido a alterações de carga, causando problemas de deslocamento do PMOS VT e ruído.
