Micro e nanotecnologia/Microtecnologia/Esempi/Dispositivi MOS e CMOS

Transistor MOS

• Si parte da un substrato di Si drogato di tipo n (come in figura)
• Le regioni di source e drain sono drogate differentemente dal substrato, quindi di tipo p
• Fra source e drain vi è un elettrodo di gate (metallo o polisilicio molto drogato) separato dal substrato da un sottile strato di ossido (capacità alta)
• Bisogna provvedere a delle connessioni metalliche (conduttrici) per collegare source, drain e gate all'esterno
• Il canale fra source e drain è normalmente chiuso, si apre quando la tensione di gate realizza un'inversione nel tipo di conduzione del substrato (qui, da n a p)

In dettaglio, i passi di realizzazione sono mostrati nella figura seguente:

Integrazione del transistor MOS

• Dato il semplice schema per un transistor MOS, non è possibile integrare due dispositivi mettendoli semplicemente l’uno accanto all’altro, come mostrato in fig. 88 a). Infatti drain del transistor di sinistra e source del transistor di destra formano un ulteriore transistor, spurio, in cui il gate è dato dai fili di interconnessione sovrastanti.
• Lo schema b) risolve il problema: processo LOCOS (LOCal Oxidation of Silicon)

1. uno strato di ossido spesso (field oxide) separa i vari transistor
2. per realizzarlo, si ossida il Si localmente attraverso una maschera di nitruro di Silicio (Si3N4)
3. questa maschera definisce la zona da ossidare e protegge il resto del Silicio dalla penetrazione dell’ossigeno
4. ossidazione: alta T (1100 °C) in presenza di ossigeno

• In realtà, il processo LOCOS è più complesso e comprende la deposizione di altri strati fra silicio e nitruro, prima dell’ossidazione, per risolvere problemi di stress.

Transistor CMOS

• Due tipi di transistor (N-MOS e P-MOS) in serie nello stesso dispositivo
• Questo impedisce che scorra corrente nel dispositivo in condizioni statiche, perché uno dei due transistor è sempre polarizzato inversamente; solo quando vi è uno switch, c'è anche una piccola corrente dinamica
• Si modifica il substrato(tipo n nel disegno) inserendo una regione drogata di segno opposto e di spessore sufficientemente elevato
• In questa zona, detta "well", si costruisce il secondo transistor(nell'esempio n-channel MOS)