Από τις πρώιμες διαδικασίες CMOS σε προηγμένα FinFETs, τα υποστρώματα τύπου Ρ εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται ευρέως στον ενσωματωμένο σχεδιασμό κυκλώματος. Γιατί η ενσωματωμένη παραγωγή κυκλώματος προτιμά το πυρίτιο τύπου P;
Τι είναι το πυρίτιο τύπου P και το πυρίτιο τύπου Ν;
Το εγγενές πυρίτιο έχει κακή ηλεκτρική αγωγιμότητα. Όταν τα πενταβικά στοιχεία (όπως ο φωσφόρος Ρ, το αρσενικό, όπως το αντιμόνιο SB), θα δημιουργηθούν σε αυτό, θα δημιουργηθεί ένα επιπλέον "ελεύθερο ηλεκτρόνιο". Αυτά τα ελεύθερα ηλεκτρόνια μπορούν να κινηθούν ελεύθερα → σχηματίζοντας ένα ημιαγωγό που είναι κυρίως ηλεκτρονικά αγώγιμο, που ονομάζεται πυρίτιο τύπου Ν. Όταν τα τρισθενές στοιχείο (όπως το βόριο Β) είναι ντόπιοι, δεδομένου ότι τα άτομα βορίου έχουν ένα λιγότερο ηλεκτρόνιο σθένους από το πυρίτιο → "τρύπες" θα σχηματίζονται στο πλέγμα. Αυτές οι τρύπες μπορούν να κινηθούν ελεύθερα και να γίνουν μεταφορείς πλειοψηφίας, οι οποίοι χρησιμοποιούνται για την κατασκευή συσκευών NMOS.
Ποιοι είναι οι ιστορικοί και πρακτικοί λόγοι για τη χρήση πυριτίου τύπου P;
1. Οι συσκευές NMOS κυριαρχούσαν στις πρώτες μέρες
Στη δεκαετία του 1970 και του 1980, τα πρώιμα ψηφιακά κυκλώματα χρησιμοποίησαν κυρίως λογικά κυκλώματα μόνο για NMOS. Η δομή NMOS είναι γρήγορη και εύκολο να γίνει και μπορεί να χτιστεί άμεσα σε ένα υπόστρωμα τύπου Ρ χωρίς την ανάγκη για μια επιπλέον δομή φρεατίου. Επομένως: Το υπόστρωμα τύπου Ρ είναι το φυσικό υπόστρωμα που υποστηρίζει συσκευές NMOS.
2. Η τεχνολογία CMOS συνεχίζει τη δομή του πλακιδίου τύπου P
Μετά την εμφάνιση της τεχνολογίας CMOS, τα NMOS και τα PMOs πρέπει να ενσωματωθούν ταυτόχρονα: NMOS: εξακολουθεί να χτίζεται σε ένα υπόστρωμα τύπου Ρ (συμβατό με την προηγούμενη διαδικασία NMOS) PMOS: Το N-Well είναι χτισμένο σε ένα υπόστρωμα P-Type για να φιλοξενήσει PMOs αυτό σημαίνει ότι μόνο ένα βήμα doping για να προστεθεί για να ολοκληρωθεί η κατασκευή CMOS σε μια υπάρχουσα P-Type.
3. Συμβατότητα διαδικασίας και έλεγχος απόδοσης
Η χρήση ενός υποστρώματος τύπου Ρ διευκολύνει τον έλεγχο των προβλημάτων μανδάλωσης. Τα ηλεκτρόνια, ως μεταφορείς μειονοτήτων (σε τύπο Ρ), έχουν μια μικρή απόσταση διάχυσης και είναι εύκολο να καταστείλουν παρασιτικές επιδράσεις. Ο σχεδιασμός γείωσης υποστρώματος και η δομή απομόνωσης είναι επίσης βελτιστοποιημένη γύρω από τη διαδικασία πυριτίου τύπου Ρ.
4. Σταθερό δυναμικό υποστρώματος (απλοποιημένη προκατάληψη)
Το υπόστρωμα τύπου Ρ μπορεί να είναι άμεσα γειωμένο (GND) ως ενοποιημένο δυναμικό αναφοράς. Εάν πρόκειται για υπόστρωμα τύπου Ν, το υπόστρωμα πρέπει να συνδέεται με VDD, το οποίο θα εισάγει πιθανές διακυμάνσεις λόγω αλλαγών φορτίου, προκαλώντας προβλήματα μετατόπισης PMOS VT και θορύβου.
