Полевой транзистор с плавающим затвором

В постоянных запоминающих устройствах (ПЗУ) используется специ­альные типы МДП-структур, способные в течение длительного времени хранить двоичную информацию. Наибольшее распространение получили структуры с плавающим затвором, в которых между основным (управляю­щим) затвором и подложкой расположен дополнительный затвором и под­ложкой расположен дополнительный затвор, со всех сторон окруженный диэлектриком («плавающий» в диэлектрике затвор).

На рис. 5.13 приведена упрощенная структура МДП-транзистора с пла­вающим затвором.

Здесь управляющий затвор 3 и плавающий затвор ПЗ выполне­ны из поликристаллического кремния, имеющего малое удель­ное сопротивле­ние. Уп­рав­ля­ю­щий затвор имеет внешний вывод для подачи на него на­пря­же­ния (на рис. 5.13 не показан), а плавающий затвор изолирован от дру­гих электродов диэлектриком.

Двоичная информация в такой структуре хранится в виде отрицатель­ного заряда электронов на плавающем затворе Q^-_nз. Логической единице соответствует наличие некоторого заряда Q^-_nз<0, а логическому нулю – его отсутствие (Q^-_nз= 0). При наличии отрицательного заряда на плавающем за­творе значительно увеличивается пороговое напряжение, и характери­стика прямой передачи транзистора смещается в сторону более высоких напряжений (это смещение может достигать 12 В) (рис. 5.14).

Этот эффект позволяет при подаче на уп­рав­ляющий затвор напряже­ния U_{пор 0} < u_зи < U_{пор 1}, по величине тока стока выяснить наличие или отсутст­вие заряда Q^-_nз , т. е. считать информацию.

Поскольку плавающий затвор изолирован со всех сторон, единствен­ным способом попадания на него заряда является перенос носителей за­ряда через диэлектрик. При подаче на сток напряжения u_си > u_проб происхо­дит лавинный пробой p-n-перехода «сток-подложка». Часть вторичных электронов, образующихся в результате ударной ионизации и имеющих наиболее высокую энергию, преодолевает энергетический барьер на гра­нице полупроводника и диэлектрика и переходит в диэлектрик.

Этот эффект называется лавинной инжекцией электронов в диэлек­трик. В диэлектрике электроны под действием поперечного электрического поля дрейфуют к плавающему затвору и накапливаются на нем. Таким об­разом происходит запись информации. Стирание информации (удаление заряда электронов с плавающего затвора) осуществляется за счет пере­хода электронов с плавающего затвора в диэлектрик при облучении кри­сталла ультрафиолетовым светом.

Поскольку запись информации в рассмотренном транзисторе связана с эффектом лавинной инжекции, он называется лавинно-инжекционным МОП-транзистором с плавающим затвором (ЛИПЗМОП-транзистором).
В последнее время для записи и стирания информации используется также туннельный эффект.

Источник:В.А. Нахалов,Электронные твердотельные приборы