элемент, содержащий 50 разрядов (300 транзисторов), становится исходной ячейкой матрицы. Чтобы получить требуемый регистр на 500 разрядов, необходимо соединить последовательно 10 работоспособных 50-разрядных ячеек (для этого потребуется отдельная операция фотолитографии).

5. К созданию более быстродействующих схем. Поскольку быстродействие существующих схем на МОП-приборах в 100 раз ниже теоретического предела, в ближайшие несколько лет можно ожидать более существенного увеличения быстродействия МОП-схем, чем схем на биполярных приборах. Иными словами, легче добиться десятикратного увеличения быстродействия МОП-приборов, чем биполярных. К существенному увеличению скорости работы можно прийти четырьмя путями: 1) усовершенствованием самих схем, т. е. при помощи специальных приемов, которые разработчик может использовать для улучшения характеристик, не изменяя при этом основного технологического процесса; таким техническим приемом может быть подключение затворов нагрузочных транзисторов к отдельным источникам или применение многотактной схемы синхронизации; 2) применением новых материалов, например арсенида галлия, который характеризуется большей подвижностью носителей, чем кремний; 3) применением для изоляции затвора новых улучшенных диэлектриков, образующих более тонкий слой с более высокой диэлектрической постоянной, чем применяемая в настоящее время двуокись кремния; 4) использованием новых технологических процессов, например, таких, как диэлектрическая изоляция компонентов, или создание кремниевых схем на сапфировой подложке для снижения паразитных емкостей, либо метода, позволяющего увеличить подвижность носителей в поверхностном слое применяемых в настоящее время полупроводников.

6. Схемы на МОП-транзисторах с каналами противоположных типов проводимости. ИС на МОП-транзисторах с противоположными типами проводимости не окажут существенного влияния как на современный, так и перспективный уровень сбыта однополярных схем нп приборах с каналом /?-типа. Поскольку при изготовлении

схем на приборах с противоположными типами проводимости неизбежно уменьшение выхода годных изделий (так как технология этих схем насчитывает больше операций), такие схемы будут стоить дороже, чем схемы на транзисторах с одним типом проводимости. Кроме того, из-за увеличения площади, занимаемой схемой, выполняющей заданную функцию, существенно уменьшаются преимущества, связанные с такими достоинствами МОП-схем перед схемами на биполярных приборах, как больший выход годных и меньшие размеры транзисторов. Таким образом, схемы на МОП-транзисторах с каналами противоположных типов проводимости будут вынуждены конкурировать со схемами на биполярных приборах только в отношении характеристик, но не по стоимости. Схемы на МОП-транзисторах с каналами противоположных типов проводимости найдут применение при построении маломощных цифровых устройств с неинтенсивным режимом работы, например в больших запоминающих устройствах на активных приборах, где важно снизить потребляемую мощность. Можно предвидеть, что схемы на МОП-транзисторах с каналами противоположных типов проводимости будут преобладать в высококачественных дорогих устройствах, тогда как схемы на МОП-транзисторах с каналом р-типа будут широко применяться в недорогих универсальных устройствах.

7. Успехи техники МОП-приборов. Полевой транзистор со структурой МОП настолько универсален, что уже современная техника позволяет создать на его основе многочисленные новые приборы, схемы и методы. Хотя обычно МОП-транзистор считают малосигнальным прибором с низким коэффициентом усиления, уже демонстрировались реальные приборы на мощности от 50 до 100 вт Начинают появляться и весьма необычные приборы, например МОП-тиристоры (КУВ), преобразователи, элементы с отрицательным сопротивлением и МОП-приборы, обнаруживающие туннельный эффект.

Широкое разнообразие МОП-транзисторов и множество комбинаций этих приборов, которые можно получить в пределах одного кристалла кремния, с очевидностью указывают на универсальность МОП-техники,

Формируя совместно линейные и цифровые элементы, можно реализовать в одном монолитном кристалле целые подсистемы, выполняющие такие функции, как, например, аналого-цифровое преобразование. Маломощные и мощные приборы можно изготовлять в ходе единого процесса обычными методами, создавая таким образом законченные усилители Совместное использование МОП-транзисторов и биполярных приборов позволит улучшить характеристики изготовляемых устройств. Примерами полезных сочетаний могут явиться следующие возможности: 1) использование весьма высоких входных сопротивлений МОП-транзисторов в схемах на биполярных приборах, 2) применение биполярных приборов в выходных буферных каскадах ИС, построенных на МОП-приборах, и 3) использование МОП-структур вместе с планарными биполярными приборами для улучшения стабильности, повышения коэффициента усиления и напряжений пробоя биполярных приборов.

8. Примеры современных приборов и схем со структурой МОП. На рис. 1.13 и 1.14 представлены выпускаемые в настоящее время приборы и схемы со структурой МОП. Рис. 1.13 - это фотография сложной интегральной схемы со структурой МОП, представляющей собою 64-разрядный динамический сдвиговый регистр с двухтактным запуском. Схема состоит из 413 приборов и работает как одновходовой последовательный регистр с четырьмя раздельными выходами. ИС изготовлена на пластинке кремния размерами 1,5X2,5 мм.

На рис. 1.14 изображен мощный МОП-транзистор. На верхней фотографии представлен отдельный кристалл, а на нижней-тот же кристалл, смонтированный в корпусе. Размер кристалла 2,3 X 3 мм Транзистор обладает большой крутизной (- la/e) и хорошими частотными свойствами (переключение тока [а осуществляется за время менее 20 нсек). Данный полевой МОП-транзистор способен переключать токи от 1 до За при напряжениях от 35 до 45 е.

9. Краткие выводы. В течение ближайших нескольких лет сложные ИС на МОП-приборах, по-видимому, составят значительную часть объема производства интегральных схем, Увеличение сбыта ИС со структурой

и о и, к са

о

МОП произойдет не в результате вытеснения биполярных ИС, а за счет усиленного внедрения интегральной электроники. Откроются новые области применения электронных устройств, которые ранее были недоступны для полупроводниковой электроники по экономическим соображениям. Станут экономически осуществимыми такие устройства, для которых требуются огромные количества транзисторов, например цифровые фильтры и цифровые дифференциальные анализаторы. МОП-приборы решительно утвердятся в таких областях техники, где до сих пор преобладали механические устройства; и одним из первых примеров этой тенденции являются малые настольные счетные машины.

ЛИТЕРАТУРА

1. Seel у J. L., Wanlass F. М., contributors: ЕВЕ Specifying Guide: MOS Integrated Circuits, EEE, pp. 60-70, May 1966.

2. P e t г i t z R. L., Large Scale Integration Technology, Trans. Met. Soc. AIME, 236, 235-249 (March 1966).

3. Bogert H. Z., Metal Oxide Silicon Integrated Circuits, SOP and Solid State TechnoL, pp. 30-35 (March 1966).

4. С h г i s t i a n s e n D., EEE Specifying Guide: MOS Integrated Circuits, EEE, pp. 60-70, May 1966.

5. Editorial Staff: Planning to Use MOS Arrays? Electron. Design, pp. 42-45 (Jan. 18, 1966).

6. Field R. K-, MOS Arrays Diffuse into Commercial Market, Electron Design, pp. 22-26 (Jan. 18, 1966).

7. L о h m a n R. D., Applications of MOSFETs in Microelectronics, SCP and Solid State TechnoL, pp. 23-29 (March 1966).

8. S e e 1 у J. L., MOS Arrays Have More on a Chip, Electron. Design, pp. 90-93 (Jan. 4, 1966).

9. T h о rn t о n C. G., New Trends in Microelectronics Fabrication Technology 1965-1966, Part I, SCP and Slid-state TechnoL, pp. 42-49 (March 1966).

10 Warner R. M., A Comparison of MOS and Bipolar Integrated Circuits. NEREM Record, IEEE Catalog № F-70, pp. 68-69, Nov. 1966.

11. White M H., Crichi J. R., Complementary MOS Transistors, Solid-state Electron., 9, 991-1008 (Oct. 1966).

Рис. 1.14. Мощный МОП-транзистор.