Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2019, № 3 · RADIO ELECTRONICS RELATED PROBLEMS

On approach to optimize manufacturing of field-effect heterotransistors framework circuit of a comparator with shared charge logic to increase their integration rate. On influence mismatch-induced stress

E.L. Pankratov1,2,3,4

1 Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского, Nizhnii Novgorod, Russia
2 Nizhny Novgorod State University, Nizhny Novgorod, Russia
3 Нижегородский государственный технический университет им. Р.А. Алексеева, Nizhnii Novgorod, Russia
4 Nizhny Novgorod State Technical University, Nizhny Novgorod, Russia
Full text (PDF) DOI: 10.30898/1684-1719.2019.3.13 EDN WQSAIT

Abstract

In this paper we introduce an approach to increase density of field-effect transistors framework a circuit of a comparator with shared charge logic. Framework the approach we consider manufacturing the comparator in heterostructure with specific configuration: the heterostructure should consist of a substrate with one or several epitaxial layers, which should include into itself several sections, manufactured by using another materials. These sections in epitaxial layers should be doped by diffusion or ion implantation. After that dopant and radiation defects should by annealed framework optimized scheme. We also consider an approach to decrease value of mismatch-induced stress in the considered heterostructure. The approach based on modification of materials of heterostructure by radiation processing during ion implantation. Framework the approach materials of heterostructure near interface between layers of the structure could obtain lower density. We also introduce an analytical approach to analyze mass and heat transport in heterostructures during manufacturing of integrated circuits with account mismatch-induced stress. The approach gives a possibility to take into account spatial and temporal dependences of parameters of processes (diffusion and heat diffusion coefficients, charge carriers mobility, ...) at one time. At the same time the approach gives a possibility to take into account nonlinearity of considered processes.

  • comparator with shared charge logic
  • increasing integration rate of field-effect heterotransistors
  • Optimization of Manufacturing
Аннотация (на русском)

О способе оптимизации технологического процесса формирования полевых транзисторов в составе схемы логический компаратор с зарядовой связью с целью увеличения степени их интеграции. Влияние механических напряжений

В данной работе предлагается способ увеличения плотности полевых транзисторов, входящих в состав компаратора с логикой с общим зарядом. В рамках данного способа рассматриваемый элемент формируется на базе трехслойной гетероструктуры со специфической конфигурацией. Необходимые ее участки легируются с помощью диффузии или ионной имплантации. Далее рассматривается оптимизированный отжиг примеси и/или радиационных дефектов. В рамках данной работы также проводится анализ возможности уменьшения существующих в гетероструктурах механических напряжений. Предложена аналитическая методика анализа массо- и теплопереноса в гетероструктурах, протекающих в процессе производства интегральных схем, с учётом механических напряжений.

For citation

Pankratov E.L. On approach to optimize manufacturing of field-effect heterotransistors framework circuit of a comparator with shared charge logic to increase their integration rate. On influence mismatch-induced stress // Journal of Radio Electronics. – 2019. – No. 3. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2019.3.13

References

  1. В.И. Лачин, Н.С. Савелов. Электроника. Ростов-на-Дону: Феникс, 2001.
  2. А. Полищук. Программируемые аналоговые ИС Anadigm: весь спектр аналоговой электроники на одном кристалле. Первое знакомство. Современная электроника, 2004, № 12. С. 8-11.
  3. Г. Волович. Современные модели интегральных операционных усилителей. Современная электроника, 2006, № 2. С. 10-17.
  4. А. Керенцев, В. Ланин. Конструктивно-технологические особенности MOSFET-транзисторов. Силовая электроника, 2008, № 1. С. 34-38.
  5. А.О. Агеев, А.Е. Беляев, Н.С. Болтовец, В.Н. Иванов, Р.В. Конакова, Я.Я. Кудрик, П.М. Литвин, В.В. Миленин, А.В. Саченко. Диоды с барьером Шоттки Au-TiBx-n-6H-SiC: особенности токопереноса в выпрямляющих и невыпрямляющих контактах. Физика и техника полупроводников, 2009, Т. 43, № 7, С. 897-903.
  6. Jung-Hui Tsai, Shao-Yen Chiu, Wen-Shiung Lour, Der-Feng Guo. High-performance InGaP/GaAs pnp delta-doped heterojunction bipolar transistor. Semiconductors, 2009, Vol. 43, No. 7, PP. 939-942.
  7. О.В. Александров, А.О. Захарьин, Н.А. Соболев, Е.И. Шек, М.М. Маковийчук, Е.О. Паршин. Образование донорных центров при отжиге кремния, имплантированного диспрозием и гольмием. Физика и техника полупроводников, 1998, Т. 32, № 9, С. 1029-1032.
  8. И.Б. Ермолович, В.В. Миленин, Р.А. Редько, С.М. Редько. Особенности рекомбинационных процессов в пленках CdTe, изготовленных при различных температурных режимах роста и последующих отжигах. Физика и техника полупроводников, 2009, Т. 43, № 8, С. 1016-1020.
  9. P. Sinsermsuksakul, K. Hartman, S.B. Kim, J. Heo, L. Sun, H.H. Park, R. Chakraborty, T. Buonassisi, R.G. Gordon. Enhancing the efficiency of SnS solar cells via band-offset engineering with a zinc oxysulfide buffer layer. Appl. Phys. Lett., 2013, Vol. 102, No. 5, PP. 053901-053905.
  10. J.G. Reynolds, C.L. Reynolds, Jr.A. Mohanta, J.F. Muth, J.E. Rowe, H.O. Everitt, D.E. Aspnes. Shallow acceptor complexes in p-type ZnO. Appl. Phys. Lett., 2013, Vol. 102, No. 15, PP. 152114-152118.
  11. Н.И. Волокобинская, И.Н. Комаров, Т.В. Матюхина, В.И. Решетников, А.А. Руш, И.В. Фалина, А.С. Ястребов. Исследование технологических процессов изготовления мощных высоковольтных биполярных транзисторов с решеткой включений в коллекторной области. Физика и техника полупроводников, 2001, Т. 35, № 8, С. 1013-1017.
  12. E.L. Pankratov, E.A. Bulaeva. Doping of materials during manufacture p-n-junctions and bipolar transistors. Analytical approaches to model technological approaches and ways of optimization of distributions of dopants. Reviews in Theoretical Science, 2013, Vol. 1, No. 1, PP. 58-82.
  13. A.E. Boukili. Modeling and analysis of the effects of the fabrication temperatures on thermal-induced stress and speed performance of nano pMOS transistors. The international journal for computation and mathematics in electrical and electronic engineering, 2017, Vol. 36, No. 1, PP. 78-89.
  14. С.А. Кукушкин, А.В. Осипов, А.И. Романычев. Эпитаксиальный рост оксида цинка методом молекулярного наслаивания на подложках SiC/Si. Физика твердого тел, 2016, Т. 58, № 7, С. 1398-1402.
  15. V. Savani, N.M. Devashrayee. Analysis and design of low-voltage low-power high-speed double tail current dynamic latch comparator. Analog Integr. Circ. Sig. Process, 2017, Vol. 93, No. 2, PP. 287-298
  16. E.L. Pankratov, E.A. Bulaeva. About some ways to decrease quantity of defects in materials for solid state electronic devices and diagnostics of their realization. Reviews in Theoretical Science, 2015, Vol. 3, o. 4, PP. 365-398
  17. K.K. Ong, K.L. Pey, P.S. Lee, A.T.S. Wee, X.C. Wang, Y.F. Chong. Dopant distribution in the recrystallization transient at the maximum melt depth induced by laser annealing. Appl. Phys. Lett., 2006, Vol. 89, No. 17, PP. 172111-172114.
  18. H.T. Wang, L.S. Tan, E. F. Chor. Pulsed laser annealing of Be-implanted GaN. J. Appl. Phys.,2006, Vol. 98, No. 9, PP. 094901-094905.
  19. Ю.В. Быков, А.Г. Еремеев, Н.А. Жарова, И.В. Плотников, К.И. Рыбаков, М.Н. Дроздов, Ю.Н. Дроздов, В.Д. Скупов. Диффузионные процессы в полупроводниковых структурах при микроволновом отжиге. Известия вузов. Радиофизика, 2003, Т. 43, № 3, С. 836-843.
  20. Y.W. Zhang, A.F. Bower. Numerical simulations of island formation in a coherent strained epitaxial thin film system. Journal of the Mechanics and Physics of Solids,1999, Vol. 47, No. 11, PP. 2273-2297.
  21. Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. Теоретическая физика. Т. 7. Теория упругости. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2001.
  22. З.Ю. Готра. Технология микроэлектронных устройств. М.: Радио и связь. 1991.
  23. P.M. Fahey, P.B. Griffin, J.D. Plummer. Point defects and dopant diffusion in silicon. Rev. Mod. Phys.,1989, Vol. 61, No. 2, PP. 289-388 (1989).
  24. В.Л. Винецкий, Г.А. Холодарь. Радиационная физика полупроводников. Киев: Наукова Думка, 1979.
  25. E.L. Pankratov, E.A. Bulaeva. An approach to manufacture of bipolar transistors in thin film structures. On the method of optimization. Int. J. Micro-Nano Scale Transp. 2014. Vol. 4. No. 1. P. 17-31.
  26. Ю.Д. Соколов. Об определении динамических усилий в шахтных подъемных канатах. Прикладная Механика, 1955, Т. 1, № 1, С. 23-35
  27. Е.Л. Панкратов. Динамика примеси при формировании p-n-пере-ходов в неоднородных структурах. Оптимизация времени отжига. Микроэлектроника, 2007, Т. 36, № 1, С. 37-45.
  28. E.L. Pankratov. Redistribution of dopant during annealing of radiative defects in a multilayer structure by laser scans for production an implanted-junction rectifiers. Int. J. Nanoscience, 2208, Vol. 7, No. 4-5, PP. 187-197.
  29. E.L. Pankratov, E.A. Bulaeva. Decreasing of quantity of radiation defects in an implanted-junction rectifiers by using overlayers. Int. J. Micro-Nano Scale Transp.,2012, Vol. 3, No. 3, PP. 119-130 (2012).
  30. E.L. Pankratov. Synchronization of impurities infusion for production of a sequence of diffused-junction rectifiers. Nano, 2011, Vol. 6. No. 1, PP. 31-40
  31. E.L. Pankratov, E.A. Bulaeva. Optimization of manufacturing of field-effect transistors framework an inverter to decrease their dimensions. J. Comp. Theor. Nanoscience., 2013, Vol. 10, No. 4, PP. 888-893.
  32. E.L. Pankratov, E.A. Bulaeva. On prognosis of technological process to optimize manufacturing of an invertors to increase density of their elements. Journal of Nanoengineering and Nanomanufacturing, 2016, Vol. 6, No. 4, PP. 313-326.