На правах рукописи

КОЗЛОВ АНТОН ВИКТОРОВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ДВУХКОЛЛЕКТОРНОГО

БИПОЛЯРНОГО МАГНИТОТРАНЗИСТОРА С ПОВЫШЕННОЙ

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬЮ

Специальность 05.27.01 –

Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва – 2009

Работа выполнена на кафедре Интегральной электроники и микросистем Московского государственного института электронной техники (Технического университета).

Научный руководитель:

К.т.н., проф. Парменов Юрий Алексеевич

Официальные оппоненты:

д.т.н., проф. Петросянц Константин Орестович к.т.н, Амеличев Владимир Викторович

Ведущая организация:

ОАО «НИИТАП»

Защита диссертации состоится “21” _апреля_ 2009 г., в часов на заседании диссертационного Совета Д 212. 134. 01 при Московском государственном институте электронной техники по адресу:

124498, Москва, Зеленоград, проезд 4806, д.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИЭТ.

Автореферат разослан “_” _ 2009 года

Ученый секретарь диссертационного совета:

Доктор технических наук, Крупкина Т.Ю.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы: Одним из перспективных направлений современной полупроводниковой микроэлектроники является разработка датчиков магнитного поля (ДМП), способных определять направление и измерять величину магнитного поля. Они широко востребованы в медицине, в автомобилестроении, в дефектоскопии, в геологии при исследовании новых месторождений, при создании позиционирующих и навигационных систем и во многих других областях.

Исследование и разработка новых датчиков и устройств для измерения магнитного поля настолько важны, что несколько лет назад в микроэлектронике выделилось отдельное направление, получившее название микромагнитоэлектроника. Новое направление интенсивно развивается и на сегодняшний день насчитывает уже 3 этапа своего развития от создания простых приборов до формирования сложных полнофункциональных микросистем.

Использование существующих ДМП в составе современных интегральных устройств в настоящее время связано с определенными проблемами, среди которых главными являются низкая чувствительность ДМП к магнитному полю и отсутствие общей технологии изготовления функциональной интегральной схемы и ДМП. Актуальной задачей создания современных ДМП для их использования в составе микросистемы является разработка конструкции и технологии полного интегрального исполнения элементов датчика в рамках отработанной КМОП технологии.

Главным компонентом любой магниточувствительной микросистемы (МЧМС) является магниточувствительный элемент (МЧЭ), преобразующий магнитный поток в электрический сигнал.

Наиболее важным параметром МЧЭ является магнитная чувствительность. Сравнительный анализ известных из литературы МЧЭ показывает, что наиболее подходящим из них для интегрального исполнения по базовому КМОП процессу является двухколлекторный биполярный магниточувствительный транзистор (ДКБМТ). Важными свойствами ДКБМТ являются линейность выходного сигнала, высокое разрешение, высокое отношение сигнал-шум, возможность создания трехмерных векторных датчиков магнитного поля. К недостаткам ДКБМТ следует отнести недостаточную относительную токовую чувствительность (ОТЧ) известных конструкций, которая не превышает 0,4 Тл-1.

Чувствительность ДКБМТ может быть существенно повышена путем оптимизации его структуры и разработки более совершенной конструкции. Однако сложные физические процессы в структурах ДКБМТ, обусловленные сочетанием биполярных транзисторных и гальваномагнитных эффектов, недостаточно изучены, что затрудняет поиск путей повышения его ОТЧ. Практически неизученным способом повышения чувствительности является известное из литературы явление электрического управления знаком выходного сигнала (инверсии знака) при неизменном направлении магнитного поля.

Физическая природа этого явления до сих пор не исследована.

Эффективным методом решения поставленных задач является приборно-технологическое моделирование, позволяющее без проведения многочисленных натурных экспериментов получить представление о происходящих внутри прибора физических процессах, а также установить влияние отдельных конструктивнотехнологических параметров на электрические характеристики ДКБМТ и на его ОТЧ. Методика комплексного исследования структур ДКБМТ с помощью приборно-технологического моделирования в настоящее время отсутствует. Разработка такой методики позволит глубоко изучить физические процессы в ДКБМТ, установить способы оптимизации его структуры и разработать новые структуры с повышенной чувствительностью.

Достоверность полученных с помощью приборнотехнологического моделирования результатов необходимо проверить путем экспериментального исследования тестовых образцов разработанных новых структур ДКБМТ.

Целью диссертации является исследование и разработка структуры латерального двухколлекторного магниточувствительного транзистора с повышенной чувствительностью для использования его в качестве преобразователя магнитного поля интеллектуальной магниточувствительной микросистемы.

Для достижения поставленной задачи необходимо решение следующих научно-технических задач:

1) Разработать вычислительную модель структур ДКБМТ и методику их комплексного исследования с помощью приборнотехнологического моделирования;

2) По разработанной методике провести комплексное исследование структур ДКБМТ, установить связь конструктивно-технологических и электрофизических параметров областей с электрическими характеристиками прибора и режимом его работы;

3) Численными методами исследовать физические процессы в различных структурах ДКБМТ, механизмы их магнитной чувствительности и определить доминирующие факторы при различных режимах работы;

4) Исследовать явление инверсии знака выходного сигнала ДКБМТ при заданном направлении магнитного поля и проанализировать факторы, приводящие к смене знака выходного сигнала, а также позволяющие повысить ОТЧ прибора;

5) Используя результаты моделирования, провести оптимизацию конструкции ДКБМТ по параметру относительной токовой чувствительности;

6) На основе проведенных исследований разработать и предложить новую конструкцию ДКБМТ, обладающего повышенной магнитной чувствительностью и удовлетворяющего требованиям КМОП процесса. Провести численные и экспериментальные исследования разработанных структур в диапазоне индукции магнитных полей.

Научная новизна:

1) На основе пакета программ ISE TCAD разработана вычислительная модель и методика расчета магниточувствительных транзисторов.

2) На основе численного моделирования подтверждена ранее обнаруженная экспериментально инверсия знака выходного сигнала при неизменном направлении магнитного поля, позволяющая повысить чувствительность.

3) Исследован механизм инверсии знака выходного сигнала в структуре ДКБМТ, сформированного в подложке. Показано, что при высокой скорости поверхностной рекомбинации изменение знака выходного сигнала обусловлено магнитоконцентрационным эффектом, приводящим к модуляции инжекции эмиттерного p-n перехода.

4) Для структуры ДКБМТ, сформированного в диффузионном кармане, определены факторы, определяющие инверсию знака выходного сигнала. Установлено, что необходимым условием является разделение потока электронов в подложке на два потока, текущие к контактам подложки, достижение среднего уровня инжекции в подложке и заливание ОПЗ коллекторного р-n перехода под эмиттером.

5) Установлено, что уменьшение толщины подложки приводит к повышению ОТЧ в области инверсии знака выходного сигнала для ДКБМТ, сформированного в кармане. Данные исследования позволили разработать структуру ДКБМТ в двойном кармане, обладающую повышенной ОТЧ.

Практическая значимость работы.

1. С использованием средств ISE TCAD разработана методика комплексного исследования и проектирования магниточувствительных транзисторов, позволяющая установить факторы, влияющие на относительную токовую чувствительность, и оптимизировать структуру ДКБМТ с целью повышения его ОТЧ; проводить модификацию существующих и разработку новых конструктивнотехнологических решений формирования ДКБМТ.

2. Разработаны практические рекомендации выбора параметров вычислительной модели ДКБМТ, включающие: тип модели; размеры области моделирования; задание граничных условий, электрофизических параметров областей; снижение количества узлов сетки, обеспечивающих заданную точность и уменьшение времени счета; выбор диапазона расчетных величин для визуализации результатов расчетов; выбор режима работы транзисторов.

3. Проведена оптимизация конструкции и технологического маршрута структур ДКБМТ для получения максимальной ОТЧ.

4. Предложена, разработана и запатентована конструкция ДКБМТ в двойном кармане, выполненная по совмещенной КМОП технологии и обладающая повышенной токовой чувствительностью до 1 Тл-1.

5. В условиях опытного производства НПК “Технологический Центр” изготовлены и экспериментально исследованы тестовые образцы кристаллов с ДКБМТ в двойном кармане, имеющие повышенную ОТЧ.

Реализация результатов работы 1) Результаты работы (методика проектирования, конструкция, технология изготовления приборов) использованы в опытном производстве Государственного учреждения научнопроизводственного центра “Технологический центр” МИЭТ, где были изготовлены экспериментальные образцы ДКБМТ с повышенными значениями ОТЧ.

2) Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс на кафедре ИЭМС МИЭТ, используются в лекционных курсах по учебным дисциплинам “Моделирование технологических процессов”, “Современные методы моделирования”, в лабораторном практикуме по курсу “Моделирование в среде TCAD” (учебный план ЭКТ факультета, 8, 9, 10 семестры), направления подготовки 210100- «Электроника и микроэлектроника», 210104-65 «Микроэлектроника и твердотельная электроника» и 210100-68 «Электроника и микроэлектроника» (магистерская программа 550715 «Проектирование и технология интегральных микросхем»), что подтверждено актом внедрения.

3) Результаты работы по теме диссертации использованы при выполнении научно-исследовательских работ в МИЭТ «458-ГБИнтеграция-ИЭМС» «Увеличение интенсивности фундаментальных, прикладных исследований и образовательного процесса в области микро- и наноэлектроники путем укрепления материально – технической базы ЦКП», 2004, № гос. регистрации 01200302079; «547ГБ-53- Межд. сотр.-ИЭМС» «Исследование и разработка современных методов проектирования интегральных элементов и микросхемной техники на базе научно-образовательного центра, создаваемого в МИЭТ с привлечением зарубежных партнеров», 2004, № гос.регистрации 01200311520; «РИ – 112 / 001/775» «Исследование и разработка перспективных структур для элементной базы микро - и наноэлектроники, микросистемной техники», 2004, № гос.регистрации 01200511377; «2006-РИ-112/001/196» «Разработка методов проектирования и конструктивно- технологических решений для создания элементов микро- и наноэлектроники, микросистемной техники», № гос.регистрации 01200612573, что подтверждено актом внедрения.

4) Результаты работы по теме диссертации использованы при выполнении аспирантского гранта на тему «473-ГБ-Гасп-53 -ИЭМС»

«Исследование и разработка латерального биполярного двухколлекторного магниточувствительного транзистора с высокой величиной относительной магниточувствительности с помощью приборно-технологической САПР», 2002.

Представляются к защите 1. Разработанная вычислительная модель ДКБМТ, реализованная в среде приборно-технологического моделирования, и методика расчета структур ДКБМТ, обеспечивающие возможность их исследования с целью повышения относительной токовой чувствительности.

2. Полученные с использованием системы приборнотехнологического моделирования ISE TCAD закономерности, связывающие величину ОТЧ ДКБМТ с электрофизическими и конструктивно-технологическими параметрами прибора.

3. Конструкция и технологический процесс формирования ДКБМТ в двойном кармане, выполненного по совмещенной КМОП технологии и обладающего повышенной токовой чувствительностью до 1 Тл-1.

4. Результаты экспериментального исследования тестовых образцов ДКБМТ в двойном кармане, изготовленных на основе базового КМОП технологического маршрута и имеющих увеличенную до 1Тл- величину ОТЧ.

Апробация результатов работы Результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

VIII международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика", Москва, 2002; IX всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов “Микроэлектроника и информатика - 2002”, Москва, Зеленоград, 2002; 4–я Международная научно – техническая конференция “Электроника и информатика Москва Зеленоград; Десятая всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов “Микроэлектроника и информатика - 2003”, Москва Зеленоград; XV научно-техническая конференция с участием зарубежных специалистов “Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления “ДАТЧИК - 2003”, Москва, 2003;

11-я всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов “Микроэлектроника и информатика - 2004”, Москва Зеленоград, 2004; 12-я всероссийская межвузовская научнотехническая конференция студентов и аспирантов “Микроэлектроника и информатика – 2005”, Москва Зеленоград, 2005; Всероссийская научно-техническая конференция “Проблемы разработки перспективных микроэлектронных систем – 2005”, Москва, 2005; V Международная научно-техническая конференция “Электроника и информатика - 2005”, Москва, Зеленоград, 2005; International Conference “Micro- and nanoelectronics - 2007”, Moscow – Zvenigorod, Russia, 2007; EDM-2008, 9th International Workshops and Tutorials on Electron Devices and Materials, 2008; на научных семинарах кафедры ИЭМС.

Достоверность результатов. Достоверность разработанных моделей и методики исследования магниточувствительных элементов, выполненных по интегральной технологии – двухколлекторных биполярных магниточувствительных транзисторов, подтверждена результатами компьютерного моделирования, а также результатами экспертизы материалов конференций. По теме диссертационной работы получены два патента РФ на изобретения: 1) патент РФ на изобретение 2239916 с приоритетом по дате подачи заявки от 31.01.2003 – прототип; 2) патент на изобретение № 2284612 от 27.09.2006г.

Публикации. Результаты диссертации опубликованы в 39 печатных работах, из которых 20 статей, в том числе 9 статей в изданиях, входящих в перечень ВАК, 19 тезисов докладов. Имеются электронные публикации. По теме диссертации получены 2 патента.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, приложений, содержащих акты внедрения и использования результатов работы, списка используемых источников из 194 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснована актуальность темы, определены цели и задачи диссертационного исследования.

В главе 1 рассмотрена область применения датчиков магнитного поля. Показана важность перехода от дискретных ДМП к МЧМС, основным достоинством которых является формирование всех компонентов по единой отработанной технологии. Проведен обзор компонентов МЧМС, обычно содержащих магнитную систему (концентратор магнитного поля), МЧЭ, усилитель мощности, стабилизатор режима работы, фильтр выходного сигнала, схемы термокомпенсации, схемы защиты от перегрузок по току и напряжению, нагрузочный каскад и т.д.

Наиболее важным компонентом МЧМС является преобразователь магнитного поля, так как именно он отвечает за преобразование магнитного потока в выходной сигнал. Показано, что преобразователь магнитного поля должен обладать высокой магнитной чувствительностью, возможностью интегрального исполнения в составе микросистемы, малыми размерами, высоким пространственным разрешением, низкой температурной зависимостью магнитной чувствительности, иметь высокую радиационную стойкость, обладать достаточной линейностью выходных характеристик и т.д.

На основе обзора отечественной и зарубежной литературы проводится классификация имеющихся на сегодняшний день преобразователей магнитного поля. Из всего разнообразия преобразователей магнитного поля (рис.1) по критериям высокой ОТЧ, диапазону измеряемой индукции магнитного поля, возможности интегрального исполнения, хорошей линейности выходных характеристик, возможности предварительного усиления выходного сигнала при сравнительно небольших размерах элементов выделяется класс магнитотранзисторов, а внутри этого класса - структура ДКБМТ (рис. 2). Основными достоинствами ДКБМТ являются возможность формирования транзистора по технологии, совместимой с базовым КМОП процессом; достаточно высокая магнитная чувствительность и высокая линейность выходного сигнала при малых магнитных полях.

Рис.1 - Диапазоны измерения магнитных полей различными магниточувствительными Рис. 2. Структура ДКБМТ, сформированного в подложке (а) и в диффузионном кармане (б) В главе приведена краткая история создания ДКБМТ. В частности показано, что латеральный ДКБМТ был разработан в результате преобразования вертикального магниточувствительного транзистора, предложенного в 1973 году. Первая мостовая схема на магнитотранзисторах была создана уже в начале 80-х годов.

Существенные конструктивно-технологические преобразования ДКБМТ, повлекшие значительное повышение ОТЧ, были описаны Балтесом и Поповичем в 1986 году. Рассмотрены типовой технологический маршрут создания ДКБМТ, структура и принцип работы транзистора.

Отдельный раздел в данной главе посвящен критериям качества ДКБМТ, прежде всего магнитной чувствительности. Установлено, что в литературе, посвященной ДКБМТ, магнитную чувствительность определяют по-разному. Исходя из большинства публикаций и физики работы транзистора, для ОТЧ транзистора нами выбрано следующее определение:

где IC1(B) и IC2(B) – токи левого и правого коллекторов в магнитном поле, B – индукция МП. Такой выбор обусловлен следующими соображениями. Анализ литературных источников показал, что в некоторых случаях при заданном направлении магнитного поля выходной сигнал может изменять знак при изменении режима работы транзистора. Впервые такое предположение было выдвинуто Поповичем и Балтесом в 1986 году. Затем Руменин установил возможность электрического управления знаком выходного сигнала. В 2001 году научным коллективом НПК «Технологический центр»

МИЭТ при проведении измерений экспериментальных образцов ДКБМТ, сформированных в кармане, было обнаружено, что при включении транзисторов по схеме ОЭ с объединением контактов кармана и подложки в определенном диапазоне напряжений базаэмиттер отношение токов двух коллекторов может быть как больше, так и меньше единицы при фиксированном направлении вектора МП.

В 2008 году учеными из Тайваня также показано, что существует магнитотранзистора при неизменном направлении магнитного поля.

Таким образом, формула (1) позволяет автоматически учитывать инверсию знака выходного сигнала, вводя понятие полярности магниточувствительности, и говорить о положительной и отрицательной магниточувствительности, то есть вводить знак ОТЧ.

Другими важными критериями качества ДКБМТ являются начальный разбаланс коллекторных токов в отсутствие МП, температурная зависимость ОТЧ, шумы, разрешающая способность, линейность выходного сигнала, частотный отклик.

Рассмотрены физические механизмы магниточувствительности ДКБМТ. Показано, что основную роль играют: 1)прямое Лоренцевское отклонение неосновных носителей в базовой области и основных носителей в коллекторной области, 2) магнитотранзисторный эффект Холла, связанный с влиянием поля Холла, создаваемого рекомбинационным током основных носителей; это поле создает дополнительное Лоренцевское отклонение, модулирует коэффициент переноса в базе и эффективность инжекции из эмиттера, 3) магнитоконцентрационный эффект, обусловленный модуляцией эффективного времени жизни и локальной неравновесной проводимости.

Указанные механизмы могут действовать одновременно в разных частях одного и того же прибора. В зависимости от геометрии прибора, технологии его формирования и режима работы может доминировать один из трех механизмов.

В последнем разделе данной главы проводится обоснование исследования структур ДКБМТ средствами ПТМ, приводится систематизация сведений по моделированию (численному анализу) структур ДКБМТ. Несмотря на широкую номенклатуру источников по теме ДКБМТ, данная структура в отличие от простого элемента Холла, по-прежнему, является недостаточно изученной, а величина ОТЧ, указанная в литературных источниках, не удовлетворяет требованиям МЧЭ МЧМС. В частности, по-прежнему, существует ряд нерешенных вопросов, а именно:

1) Каково влияние конструктивно-технологических факторов (размеров элементов, расстояния между ними, уровня легирования областей, толщины функциональных слоев, наличия дополнительных слоев и т.д.) на величину ОТЧ;

2) Какова природа механизма инверсии знака дифференциального выходного сигнала и возникновения ОТЧ;

3) Как влияют относительно малые магнитные поля на величину ОТЧ;

4) Какова температурная зависимость ОТЧ;

5) Каково влияние скорости поверхностной рекомбинации (ПР) на границе раздела SiO2/Si на распределение носителей заряда в объеме и на поверхности полупроводника и, как следствие, на инверсию знака дифференциального сигнала и на величину ОТЧ.

Отмечено отсутствие системного подхода при рассмотрении оптимизации структуры ДКБМТ. Имеющиеся данные в области численного анализа таких структур разрозненны и зачастую противоречивы.

Решение поставленных вопросов приводится в диссертации. На основе их решения ставится задача разработки новой конструкции ДКБМТ с повышенной ОТЧ.

В главе 2 разрабатывается методика исследования структуры ДКБМТ с помощью пакета приборно-технологического моделирования ISE TCAD. Показано, что основным достоинством приборно-технологического моделирования является экономия временных и материальных ресурсов. Используя доступные пакеты программной системы ISE TCAD, предложен алгоритм построения численных экспериментов для моделирования структур ДКБМТ.

Показано основное достоинство данного пакета при исследовании ДКБМТ – возможность моделирования полупроводниковых приборов в постоянном магнитном поле.

Показано, что при исследовании структур ДКБМТ можно воспользоваться диффузионно-дрейфовым приближением (ДДП). В основе моделирования приборов лежит совместное решение уравнений Пуассона и непрерывности для электронов и дырок в электромагнитном поле.

На этапе численного моделирования технологического маршрута формирования ИС или микросистемы имеется возможность оперативно получить информацию о структуре, а именно построить распределение концентрации результирующей примеси, получить значения глубин залегания p-n переходов, информацию о слоях и их толщине. Имеется возможность использования отдельных программ технологического моделирования, таких как MINIMOS, PROWIZ1D, FACT, PEECHPIE, MTAP, COSMOS и некоторых других, построить одно-, двух- и даже трехмерную модель устройства с приемлемой точностью.

Показано, что при моделировании структур ДКБМТ можно пользоваться диффузионно-дрейфовым приближением (ДДП). Расчет электрических характеристик структуры, полученной в результате моделирования технологического маршрута или заданной аналитическим способом с указанием параметров подложки, слоев и распределения примеси в них требует решения уравнения Пуассона, уравнений для плотностей токов носителей обоих знаков совместно с уравнениями непрерывности, что для стационарного случая и слабого магнитного поля (p, n 0,71В (напряжение открытия p-n перехода, достижение среднего и высокого уровней инжекции) относительная ошибка не превышает 10 %, что является хорошим результатом при выбранных параметрах настройки модели.

Рис.4 Вольтамперные характеристики эмиттерного p-n перехода ДКБМТ Для определения оптимальных размеров области моделирования проводилось исследование влияния вертикальных и горизонтальных размеров подложки структуры ДКБМТ на его ВАХ. Выбирались следующие варианты размеров: а) вертикальный 100мкм, горизонтальный 260мкм; б) вертикальный 500мкм, горизонтальный 260мкм; в) вертикальный 500мкм, горизонтальный 500мкм; г) вертикальный 500мкм, горизонтальный 1000мкм. При этом 260мкм – это минимально возможный латеральный размер транзистора, обусловленный проектными топологическими нормами элементов и размеров между ними. Зависимости токов коллекторов от напряжения база-эмиттер при выбранных размерах представлены на рисунке 5.

В заданном диапазоне латеральных и вертикальных размеров токи коллекторов IC1, IC2 в отсутствие магнитного поля существенно различаются только при напряжениях база-эмиттер VBE менее 0,4В и составляют менее 10-10 А. Такие низкие токи рабочих коллекторов не используются на практике для определения ОТЧ транзистора, поэтому для дальнейших расчетов достаточно использовать минимальный латеральный размер 260мкм, ограниченный топологией элементов транзистора, и минимальный вертикальный размер – 100мкм.

Ограничение толщины подложки при расчете технологического маршрута сокращено намеренно и требуется для снижения числа узлов “технологической сетки”. Проведенные исследования позволили существенно сократить размеры области моделирования и снизить количество узлов сетки, что способствовало снижению процессорной нагрузки ЭВМ и времени расчетов.

Рис. 5. - Влияние размеров подложки ДКБМТ на токи левого и правого коллекторов В главе 3 проводится исследование с помощью системы приборно-технологического моделирования ISE TCAD закономерностей, связывающих величину ОТЧ с конструктивнотехнологическими параметрами ДКБМТ в кармане и в подложке.

Рассмотрена структура ДКБМТ с последовательной топологией элементов от центра: эмиттер-коллектор-контакт к базе (рис.6), описан технологический маршрут ее формирования, электрическая схема включения транзистора. На рисунке 7 приведены зависимости токов электродов и ОТЧ ДКБМТ от напряжения база-эмиттер при его работе в постоянном магнитном поле 1 Тл при включении транзистора по схеме с общим эмиттером (ОЭ) с объединением контактов базы и подложки. На коллекторах устанавливалось напряжение VCE=1,5В.

Рис. 7 – ВАХ и токовая чувствительность ДКБМТ Путем моделирования обнаружено существование участка с отрицательным диапазоном значений ОТЧ, что подтверждает литературные экспериментальные данные. Установлено, что максимальная величина отрицательной ОТЧ соответствует режиму работы транзистора при среднем уровне инжекции (СУИ) в базовой области. Предложен механизм, объясняющий появление отрицательной ОТЧ более слабой инжекцией левой части эмиттерного перехода, т.е. модуляцией инжекции эмиттерного перехода вследствие магнитоконцентрационного эффекта.

Рассмотрено влияние дозы ионного пучка примеси на максимальные значения ОТЧ ДКБМТ в положительном и отрицательном диапазонах на этапе формирования кармана. Показано, что в отрицательном диапазоне ОТЧ в среднем в 1,5 раза выше, чем в положительном, однако изменение дозы легирования примеси в широком диапазоне практически не оказывает влияние на величину ОТЧ.

Рассмотрено влияние концентрации примеси в подложке на ОТЧ транзистора. Результаты моделирования приведены на рисунке 9.

Относительная токовая чувствительность SRI, Рис. 8 - Зависимость ОТЧ от концентрации примеси в подложке.

Как видно из рисунка 8, ОТЧ ДКБМТ в отрицательном диапазоне с увеличением концентрации примеси снижается, а в положительном – имеется точка максимума SRI=0,257 1/Тл при NS=7·1015см-3 (Max_SRI – максимальная положительная величина ОТЧ, удовлетворяющая заданному ограничению токов; Min_SRI – максимальная отрицательная величина ОТЧ, удовлетворяющая заданному ограничению токов; SRI_UBE=0,75B – ОТЧ при напряжении базаэмиттер VBE=0,75B). Во всем диапазоне выбранных концентраций примеси также присутствует положительный и отрицательный диапазон значений ОТЧ. Кривая положительной ОТЧ в диапазоне выбранных концентраций примеси имеет максимум, находящийся между концентрациями NФ=3·1015см-3 (SRI=0,256 1/Тл) и NФ=7·1015см- (SRI=0,257 1/Тл), которые соответствуют напряжениям база-эмиттер VBE=0,9В и VBE=1В, соответственно. В отрицательном диапазоне абсолютная величина ОТЧ с увеличением концентрации спадает на 98%, уменьшаясь с SRI=-0,204 1/Тл до SRI=-0,0044 1/Тл. Выбор режима работы ДКБМТ в отрицательном диапазоне позволяет существенно снизить потребляемую мощность, несущественно теряя в чувствительности. Кроме того, с увеличением концентрации примеси в подложке при заданном напряжении база-эмиттер VBE=0,75В при ограничении максимального тока эмиттера IE=20мA ОТЧ находится в отрицательном диапазоне, и она возрастает по абсолютной величине.

Рассмотрено влияние скорости поверхностной рекомбинации на границе раздела Si/SiO2 на относительную токовую чувствительность ДКБМТ. Как известно, величина скорости поверхностной рекомбинации для кремния может изменяться в широких пределах от 10 до 106 см/с. Установлено, что с увеличением скорости ПР ОТЧ ДКБМТ в положительном и отрицательном диапазонах возрастает, что может быть объяснено снижением потоков носителей вдоль поверхности.

Рассмотрено влияние расстояния коллектор-эмиттер на ОТЧ транзистора. Показано, что с увеличением расстояния ОТЧ в положительном диапазоне сначала возрастает, достигая точки максимума, характерного для данной структуры, а затем снижается.

Кроме того, важно отметить, что отрицательная ОТЧ при малых расстояниях (менее 1/4 диффузионной длины) не наблюдается.

Максимальная отрицательная ОТЧ с увеличением расстояния коллектор-эмиттер возрастает. Однако высокие значения ОТЧ в отрицательной области, близкие по модулю к значениям в положительной области, возможны лишь при очень больших расстояниях коллектор-эмиттер (более 100 мкм).

Рассмотрено влияние толщины подложки на величину ОТЧ.

Показано, что при объединении контактов базы и подложки ОТЧ с уменьшением толщины подложки резко возрастает в отрицательном диапазоне, при этом в положительном диапазоне ОТЧ, наоборот, снижается (рис.9). Значения ОТЧ присутствуют в двух диапазонах:

положительном и отрицательном. По-прежнему, в отрицательном диапазоне ОТЧ выше, чем в положительном, при этом отношение максимальных значений отрицательной и положительной ОТЧ для hS=20мкм и hS=100мкм, соответственно, составляет 8,84.

Относительная токовая чувствительность SRI, Следует также отметить, что максимальное значение ОТЧ в отрицательной области наблюдается при напряжении смещения эмиттерного перехода VBE=0,75B.

Для выяснения роли направлений потоков электронов в подложке на механизм возникновения отрицательной ОТЧ и её величину проанализировано влияние положения разделенных контактов к подложке. С этой целью рассмотрена гипотетическая непланарная конструкция ДКБМТ, позволяющая изменять положение контактов в соответствии со схемой рисунка 10.

Рис. 10 - Схема изменения положения разделенных контактов к подложке:

1 - верхнее положение контактов;

2,4 – посредине между серединой боковой поверхности и верхней и нижней поверхностью, соответственно;

3 - посредине боковой поверхности;

5 – на нижней поверхности симметрично положению контактов1;

6 - на нижней поверхности симметрично положению контактов к базе В1 и В2;

7 – посредине нижней поверхности.

Результаты моделирования показали (рис.11), что с переносом контактов к подложке с верхней границы на боковую ОТЧ уменьшается, а при перемещении контактов к подложке на нижнюю поверхность переходит из отрицательного диапазона в положительный. Таким образом, одним из основных условий возникновения отрицательной ОТЧ является разделение потока инжектированных из эмиттера и текущих через подложку носителей на два потока. При этом максимальные значения ОТЧ в положительном диапазоне с переносом контактов из положения 1 к положению 7 по схеме рис.10 возрастают.

Относительная токовая чувствительность SRI, Рис. 11 – Зависимость ОТЧ от положения контакта к подложке.

Рассмотрено влияние расположение базового контакта на величину ОТЧ. Показано, что перемещение контакта к базе с внешней стороны коллектора в положение между эмиттером и коллектором повышает ОТЧ и в положительной и в отрицательной области.

Изменение величины ОТЧ связано с перераспределением потоков носителей заряда внутри диффузионного кармана.

Так как перенос базового контакта с внешней стороны коллектора на внутреннюю сторону приводит к повышению ОТЧ, целью 4 главы являлось более подробное исследование транзистора с топологией элементов от центра: эмиттер-база-коллектор. Перенос базового контакта приводит к уменьшению размеров структуры за счет сокращения размеров диффузионного кармана.

В 4 главе проводилась серия численных расчетов по исследованию влияния конструктивно-технологических факторов на величину и знак ОТЧ структуры ДКБМТ с топологией элементов от центра: эмиттер-база-коллектор.

Рассмотрено влияние дозы и энергии имплантируемой примеси при формировании кармана на знак и величину ОТЧ. Показано, что данные технологические параметры довольно слабо влияют на величину ОТЧ и не влияют на ее знак.

Также рассмотрено влияние дозы примеси на величину ОТЧ на этапе формирования p+-областей охраны. Показано, что доза примеси заметного влияния на ОТЧ не оказывает.

Рассмотрено влияние концентрации примеси в подложке на величину и знак ОТЧ (рис.12). Показано, что с увеличением концентрации примеси максимальная ОТЧ в отрицательном диапазоне снижается, а при NS>7 1015 см-3 вовсе отсутствует. Таким образом, дополнительным условием существования ОТЧ в отрицательном диапазоне является низкий уровень примеси в подложке.

Относительная токовая чувствительность Рис. 12 – Зависимость ОТЧ от концентрации примеси в подложке.

Как видно из рис.12, в положительном диапазоне кривая ОТЧ имеет максимум, наличие которого связано с изменением режима работы при достижении СУИ.

Рассмотрено влияние расстояния коллектор-эмиттер на знак и величину ОТЧ (рис.13). Показано, что с увеличением расстояния ОТЧ возрастает в отрицательном диапазоне.

Относительная токовая чувствительность SRI, Рис.13. – Зависимость ОТЧ от расстояния коллектор-эмиттер Максимальное возможное расстояние ограничивается достижением минимальных коллекторных токов и расчетного управляющего напряжения база-эмиттер, а также связано с ограничением площади, занимаемой элементами.

Рассмотрено влияние размера базового контакта и его положения между коллектором и эмиттером на ОТЧ транзистора. Показано, что в отрицательной области ОТЧ размер и расположение базового контакта заметным образом не влияет на чувствительность. В положительной области ОТЧ немного возрастает при сокращении ширины базового контакта с 20 до 5 мкм и его расположении ближе к коллектору.

Рассмотрено влияние положения контакта к подложке на знак и величину ОТЧ для данного ДКБМТ (рис.14). Показано, что характер кривых соответствует аналогичным кривым транзистора с топологией:

эмиттер-коллектор-база. Следует однако заметить, что по сравнению с кривыми на рис.11 изменение знака ОТЧ при VBE=0,75B происходит раньше, до 2го положения контактов. Таким образом, перемещение контакта к базе с внешней стороны коллектора на внутреннюю приходит к более раннему достижению СУИ при перемещении контактов к подложке, а значит, к более раннему переходу ОТЧ из отрицательной области в положительную.

Относительная токовая чувствительность SRI, Рис. 14. Зависимость ОТЧ от положения контактов к подложке ВАХ и ОТЧ ДКБМТ при седьмом положении контакта к подложке приведена на рисунке 15. Как видно из рисунка 15, ОТЧ в диапазоне VBE=0,720,8 В принимает положительные значения. При объединении контактов базы и подложки почти весь ток эмиттера устремляется в подложку. Максимальная положительная ОТЧ соответствует напряжению VBE=0,75 В, т.е. СУИ. Как следует из рисунка 16, характер разностных распределений концентраций электронов в магнитном поле при верхнем и нижнем положениях контакта к подложке совершенно различен. Характер распределения потоков электронов в подложке вносит существенный вклад в определение ОТЧ транзистора.

Рис. 15. – Зависимость токов электродов и ОТЧ от напряжения база-эмиттер Рис. 16 - Разность распределений концентраций электронов в магнитном поле и в его отсутствие при верхнем (А) и нижнем (Б) положении контактов.

Рассмотрено влияние скорости поверхностной рекомбинации на знак и величину ОТЧ транзистора. Показано, что характер кривых ОТЧ данного ДКБМТ схож с характером кривых транзистора с топологией: эмиттер-коллектор-база. Однако значения максимальной ОТЧ в отрицательном диапазоне несколько ниже.

Проведено исследование влияния режима работы ДКБМТ на знак и величину ОТЧ транзистора. В частности, проводилось исследование влияния потенциала подложки на максимальные значения ОТЧ в отрицательном и положительном диапазонах (рис.17). Расположение контактов к подложке соответствует позиции (1) на рис.10.

Относительная токовая чувствительность SRI, Рис. 17 – Зависимость относительной токовой чувствительности от потенциала При повышении потенциала подложки переход карман-подложка смещается в обратном направлении, и ток через подложку не течет.

При этом возрастают как токи коллекторов, так и их разностный ток.

При достижении VSE=7B инжектированные эмиттером носители почти полностью заливают карман, что снижает дифференциальный сигнал и ОТЧ в положительном диапазоне снижается.

В разделе 4.12 текущей главы сформулированы условия возникновения и способы повышения ОТЧ в отрицательном диапазоне. Необходимыми, но не достаточными условиями появления отрицательного дифференциального сигнала и, как следствие, отрицательной ОТЧ ДКБМТ являются:

1) разделение общего потока электронов в подложке на два, т.е. необходимость разделенного контакта к 2) достижение СУИ в базовой области и заливание перехода карман-подложка под эмиттером;

3) объединение контактов базы и подложки или низкое напряжение между этими областями (менее 0,23В );

4) большие расстояния коллектор-эмиттер (свыше диффузионной длины неосновных носителей в базе).

Повышение ОТЧ в отрицательном диапазоне достигается:

1) уменьшением коллекторных токов при работе ДКБМТ 2) снижением концентрации примеси в подложке;

3) увеличением расстояния коллектор-эмиттер;

4) уменьшением толщины подложки;

Факторы, не влияющие или слабо влияющие на изменение ОТЧ в отрицательном диапазоне:

2) энергия внедрения примеси на этапе формирования 3) доза легирования охранных p+ - областей;

4) положение и размер базового контакта между 5) скорость поверхностной рекомбинации.

В главе 5 проводится разработка и исследование принципиально новой структуры магнитотранзистора — ДКБМТ в двойном кармане.

На основе полученных в 3 главе закономерностей предложено структуру транзистора ДКБМТ поместить в дополнительный карман, что не противоречит базовой КМОП технологии. Представлены новая конструкция (рис.18), технологический маршрут формирования, варианты включения данного транзистора в электрическую цепь (рис.19) и семейство ВАХ оптимизированного транзистора (рис.20).

Новую структуру предложено назвать ДКБМТ в двойном кармане.

Рассмотрены две схемы включения транзистора: а) с объединением контактов базы, n-кармана и p-подложки; б) с объединением контактов p-подложки и эмиттера. Как видно из сравнения результатов (рис.20), ОТЧ во втором случае выше. Важно отметить, что ОТЧ транзистора в двойном кармане существенно выше ОТЧ транзистора с одним карманом, при этом токи коллекторов также значительно выше граничного значения 10-10 (А).

Рис. 18. - Распределение примеси в структуре ДКБМТ в двойном кармане (правая Рис.19. - Схема включения ДКБМТ в двойном кармане: а) с объединением контактов базы, n-кармана и p-подложки; б) с объединением контактов p-подложки и эмиттера Рис.20. - Зависимость токов электродов в структуре ДКБМТ в двойном кармане: а) от напряжения смещения VBE с объединением контактов базы, n-кармана и p-подложки;

б) от напряжения смещения VBE с объединением контактов p-подложки и эмиттера Проведено исследование влияния глубины залегания перехода nкарман-p-подложка и толщины p-подложки на ОТЧ транзистора.

Показано, что для повышения ОТЧ требуется оптимально выбирать глубины n- и p- карманов и толщину подложки. Для данной структуры требуется выбирать глубину залегания p-n перехода n-карман-pподложка равной 5,25 мкм и толщину подложки свыше 40 мкм.

Наибольшая ОТЧ транзистора достигается при СУИ (VBE=0,74B).

Проведено исследование влияния глубины залегания перехода pкарман-n-карман на ОТЧ (рис.21). Показано, что дозу легирования бора на этапе формирования p-кармана следует выбирать на уровне 3- мкКл/см2. Значение 2 мкКл/см2 выбирать не следует из-за слабой воспроизводимости p-кармана в n-кармане для данного технологического маршрута создания ДКБМТ в двойном кармане.

Проведено исследование влияния расстояния коллектор-эмиттер на ОТЧ ДКБМТ в двойном кармане (рис.22). Расстояние коллекторэмиттер LCE варьировалось в диапазоне 13 – 63 мкм. При этом расстояние база-коллектор не изменялось – контакты к базе и коллектору перемещались как единое целое. Показано, что с увеличением расстояния ОТЧ возрастает, при этом наибольшее значение чувствительности соответствует режиму СУИ. При увеличении расстояния коллектор-эмиттер достижение СУИ осуществляется повышением напряжение база-эмиттер VBE.

Ограничением роста ОТЧ вследствие увеличения расстояния коллектор-эмиттер является снижение величины токов коллекторов до 10-10А.

Рис. 21 Зависимость токов и ОТЧ ДКБМТ в двойном кармане от напряжения VBE при Относительная токовая чувствительность Sri, Рис.22 Зависимость ОТЧ ДКБМТ в двойном кармане от расстояния коллектор-эмиттер Проведено исследование влияния температуры окружающей среды на ОТЧ в положительном диапазоне. Зависимости токов коллекторов и ОТЧ при разных температурах приведены на рисунке 21. Как видно из рисунка 23, с увеличением температуры пики максимальной положительной ОТЧ снижаются и смещаются в область более низких напряжений смещения эмиттерного перехода.

В условиях производства НПК «Технологический Центр» были изготовлены тестовые кристаллы со структурами ДКБМТ в двойном кармане с топологией элементов от центра: эмиттер-база-коллектор.

При измерениях чувствительности включение магнитотранзистора в цепь осуществлялось по схеме ОЭ с помощью общего источника напряжения и резистивного делителя (рис.24). Для создания магнитного поля использовался электромагнит со значениями величины магнитной индукции от 3 до 180 мТл. Образцы транзисторов помещались в зазор электромагнита так, чтобы линии индукции магнитного поля были параллельны длинной стороне эмиттера.

Рис. 24. – Схема включения ДКБМТ в двойном кармане с общим источником напряжения и резистивным делителем Проводились измерения относительной и абсолютной чувствительности ДКБМТ в двойном кармане с разными расстояниями база-эмиттер в зависимости от суммарного тока p-кармана (базы) и nкармана. Образец 2а16 имел размер LBE= 2 мкм, в16 – LBE= 17 мкм, 32LBE= 32 мкм.

Измерения проводились с помощью цифровых вольтметров B7- при напряжении питания VDC = 9 В и нагрузочных сопротивлениях в коллекторах 546 кОм для образцов в16 и 32-1 и 9 кОм для образца 2а16. Выбор рабочей точки обеспечивался заданием тока IBW через магазин сопротивлений Р4831 в объединенные контакты к p-карману (базе) и к n-карману. Эмиттер объединялся с контактом к p-подложке и подключался к общему потенциалу. В цепях коллекторов использовались равные высокоомные сопротивления нагрузки RC1=RC2, номиналы которых изменялись. На общий контакт p-кармана (базы) и n-кармана от источника VDC подавалось напряжение относительно потенциала эмиттера. Магнитное поле создавалось током соленоида, изменение которого позволяло устанавливать индукцию поля B в диапазоне 10 – 100 мТл с шагом 10 мТл. Выходной дифференциальный сигнал VC1(B)-VC2(B) измерялся цифровым вольтметром B7-40 с учетом начального разбаланса VC1(0)-VC2(0).

Абсолютная чувствительности по напряжению находилась по формуле Результаты измерений структуры ДКБМТ в магнитном поле B= мТл представлены на рисунке 25 в виде зависимости абсолютной чувствительности по напряжению от расстояния между эмиттером и контактом к базе. При увеличении расстояния LBE с 2 до 32 мкм чувствительность повышается с 1,7 до 49 В/Тл при выбранном значении тока базы-кармана IBW= 4,3 мА.

Сверка результатов моделирования с экспериментом. Для сверки результатов моделирования с экспериментом выбиралась транзисторная структура, показанная на рисунке 18, но с шириной эмиттера WE=3 мкм, как в тестовой транзисторной структуре и толщиной подложки 100 мкм. Последовательность и параметры операций технологического маршрута в численной модели и для реального транзистора полностью соответствовали друг другу. Для контроля параметров численной модели на этапе технологического сопротивления областей и глубин залегания p-n переходов структуры ДКБМТ в двойном кармане, а также сверка этих данных с данными контроля параметров маршрутного листа. Расхождение данных не превышало 17%.

Рис. 25. - Зависимость абсолютной чувствительности по напряжению от расстояния между эмиттером и контактом к базе при B=100 мТл Основным отличием экспериментальной структуры от численной модели является несимметричное расположение общего контакта к подложке в правой части кристалла. Измерение электрических характеристик транзисторов проводилось в магнитном поле, индукция которого варьировалась в диапазоне от 0 до 90 мТл. Схема включения транзисторов соответствовала рисунку 24. Параметры схемы выбирались следующие: напряжение источника VDC=9B, сопротивления в цепи коллекторов RC1=RC2=270 кОм, сопротивление в цепях базы и n-кармана RB=2457 Ом. При отсутствии магнитного поля рабочая точка выбиралась из условия равенства потенциалов коллекторов половине напряжения питания путем подбора сопротивления RB. Таким образом, зафиксировались два напряжения коллектор-эмиттер для левого и правого коллекторов: VC1E(0)=4,294 В и VC2E(0)=4,77 B. При этом ток эмиттера составлял IE=3,315 мА, ток, текущий через контакты подложки, не измерялся.

Как видно из рисунка 25, увеличение расстояния база-эмиттер до LBE=32 мкм (соответственно и расстояния коллектор-эмиттер до LCE=37 мкм) абсолютная вольтовая чувствительность соответствовала SAV=49 В/Тл, индукция магнитного поля при этом соответствовала B=100 мТл. Токи левого и правого коллекторов для транзистора при отсутствии магнитного поля составляют IC1=17,43 мкА и IС2=15,67 мкА соответственно. Под действием магнитного поля дифференциальный ток коллекторов IC=3,58 мкА. В соответствии с формулой (1.7) первой главы диссертации, относительная токовая чувствительность ДКБМТ в магнитном поле B=100 мТл составляет SRI 1,082 1/Тл.

Полученная величина ОТЧ хорошо согласуется с данными моделирования ДКБМТ в двойном кармане, также работающего в схеме с ОЭ при объединении контактов подложки и эмиттера (рис.19а), когда ОТЧ составляла SRI = 0,96 1/Тл (рис.20б).

Незначительное рассогласование вызвано, прежде всего, несимметричным одиночным расположением контакта к подложке в структуре тестового транзистора. Высокое падение напряжения на объемном распределенном сопротивлении подложки (при значительном удалении контакта подложки от структуры транзистора) приводит к прямому смещению p-n перехода n-карман-p-подложка, что сопровождается инжекцией электронов из подложки в n-карман, часть из которых попадает в p-карман (базу) и коллекторы. Такое распределение носителей заряда в объеме транзистора приводит к возрастанию полного и дифференциального тока коллектора.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Проведен литературный обзор исследований в области создания датчиков магнитного поля и их использования в интегральных магниточувствительных микросистемах. Показано, что наиболее перспективным прибором в качестве преобразователя магнитного поля современной интеллектуальной интегральной микросистемы является двухколлекторный биполярный магниточувствительный транзистор, обладающий высокой относительной токовой чувствительностью, низкой потребляемой мощностью, высоким пространственным разрешением, достаточной линейностью выходных характеристик и формируемый по отработанной КМОП технологии, совместимой с технологией создания всей интеллектуальной микросистемы.

2. Разработана вычислительная модель структур ДКБМТ, методика их комплексного исследования с помощью приборнотехнологического моделирования, способы обработки и визуализации полученных результатов. Разработаны практические рекомендации выбора параметров вычислительной модели ДКБМТ, включающие:

тип модели; размеры области моделирования; задание граничных условий, электрофизических параметров областей; снижение количества узлов сетки, обеспечивающих заданную точность и уменьшение времени счета; выбор диапазона расчетных величин для визуализации результатов расчетов; выбор режима работы транзисторов.

3. Проведена настройка электрофизических параметров модели в системе ISE TCAD для достижения наилучших результатов моделирования. Путем сравнения расчетных и экспериментальных результатов показана адекватность выбранной модели расчета.

4. На основе численного моделирования подтверждена ранее обнаруженная экспериментально инверсия знака выходного сигнала ДКБМТ при неизменном направлении магнитного поля, позволяющая увеличить ОТЧ.

5. По разработанной методике проведено комплексное исследование структур ДКБМТ. Для структуры ДКБМТ, сформированного в подложке, исследовано влияние скорости поверхностной рекомбинации на ОТЧ и механизм инверсии знака выходного сигнала.

Показано, что при высокой скорости поверхностной рекомбинации магнитоконцентрационным эффектом, приводящим к модуляции инжекции эмиттерного p-n перехода. Для структуры ДКБМТ, сформированного в диффузионном кармане, определены факторы, определяющие инверсию знака выходного сигнала. Установлено, что необходимым условием является разделение потока электронов в подложке на два потока, текущие к контактам подложки, достижение среднего уровня инжекции в подложке и заливание ОПЗ коллекторного р-n перехода под эмиттером.

6. На основании результатов моделирования установлены закономерности, связывающие величину ОТЧ с геометрическими, технологическими и электрофизическими параметрами структуры и проведена оптимизация структуры ДКБМТ в кармане по параметру относительной токовой чувствительности.

7. В результате проведенных исследований предложена, разработана и запатентована конструкция ДКБМТ в двойном кармане, выполненная по совмещенной КМОП технологии и обладающая повышенной токовой чувствительностью.

8. Разработан и реализован технологический маршрут изготовления ДКБМТ в двойном кармане. В условиях опытного производства НПК “Технологический Центр” изготовлены тестовые образцы кристаллов с ДКБМТ в двойном кармане, имеющие повышенную до 1 Тл-1 ОТЧ.

Сравнение результатов экспериментального исследования образцов и расчетов подтверждает справедливость разработанной методики моделирования и адекватность численного моделирования.

9. Основные результаты работы внедрены в НПК “Технологический центр” при выполнении НИР и использованы в учебном процессе на ЭКТ факультете МИЭТ.

Таким образом, на основании проведенных в диссертации исследований разработана и экспериментально реализована структура латерального двухколлекторного магниточувствительного транзистора, выполненного по совмещенной КМОП технологии, обладающего повышенной до 1Тл-1 относительной токовой чувствительностью, что позволяет его использование в качестве преобразователя магнитного поля интеллектуальной магниточувствительной микросистемы.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1) А.В. Козлов, Р.Д. Тихонов, М.А. Ревелева / Влияние геометрических размеров элементов биполярного магнитотранзистора на его относительную магниточувствительность // VIII международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика", Москва, МЭИ, 28 февраля -1 марта 2002 г, тезисы докладов, том 1.

2) А.В. Козлов / Способы повышения относительной магниточувствительности биполярного магниточувствительного транзистора // IX всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов “Микроэлектроника и информатика - 2002”, Москва, Зеленоград, МИЭТ, 17-18 апреля 2002г., тезисы докладов, стр.7.

3) А.В. Козлов, М.А. Ревелева, Р.Д. Тихонов / Распределение плотности тока в латеральном двухколлекторном магниточувствительном транзисторе // Труды восьмой международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники», Таганрог, 2002, тезисы докладов, часть 2, стр. 175 – 4) А.В. Козлов, М.А. Ревелева, Р.Д. Тихонов / Механизм отрицательной чувствительности в латеральном биполярном магниточувствительном транзисторе // 4 –я Международная научно – техническая конференция “Электроника и информатика Москва Зеленоград, МИЭТ, 20 –22 ноября 2002 г., тезисы докладов, часть 1, стр.80- 5) А.В. Козлов, М.А. Ревелева, Р.Д. Тихонов / Отрицательная чувствительность биполярного магнитотранзистора // Девятая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов “Радиоэлектроника, электротехника и энергетика”, Москва, МЭИ, 4-5 марта 2003г., тезисы докладов, том 1, стр.213-214.

6) А.В. Козлов / Влияние рекомбинации носителей заряда на относительную чувствительность биполярного магнитотранзистора // Десятая всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов “Микроэлектроника и информатика - 2003”, Зеленоград, 23-24 апреля 2003г., тезисы докладов, стр.106.

7) А.В. Козлов, М.А. Ревелева, Р.Д. Тихонов / Отрицательная чувствительность двухколлекторного магнитотранзистора // XV научно-техническая конференция с участием зарубежных специалистов “Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления “ДАТЧИК - 2003”, Москва, МГИЭМ, 23-30 мая года, стр. 43-44.

8) А.В. Козлов, М.А. Королев, С.Ю. Смирнов, Ю.А. Чаплыгин, Р.Д. Тихонов / “Исследование механизмов преобразования и относительной магниточувствительности трехколлекторного биполярного магниточувствительного транзистора” // “Наука/Интерпериодика”, ISSN 0544-1269, Май-Июнь 2003, том 32, номер 3, раздел “Приборы микроэлектроники”, стр.219- 9) A. Kozlov, M. Reveleva, R. Tikhonov / “The Optimization Of Relative Current Sensitivity Of Bipolar Magnetotransistor” // International Conference “Micro- and nanoelectronics – (ICMNE - 2003)” Moscow – Zvenigorod, Russia, October 6th – 10th, 2003, Abstracts, P2Proceedings of SPIE.

10) А.В. Козлов, М.А. Ревелева, Р.Д. Тихонов / “Влияние распределения носителей заряда на относительную величину чувствительности биполярного двухколлекторного магнитотранзистора”// Микросистемная техника, 2003, №10.- С. 17-21.

11) А.В. Козлов, М.А. Ревелева, Р.Д. Тихонов / “Механизм возникновения отрицательной относительной чувствительности по току латеральных биполярных магниточувствительных транзисторов” // Известия вузов. ЭЛЕКТРОНИКА. №5, 2003г., УДК 621.3.049.77.002, стр. 57-62.

12) А.В. Козлов, М.А. Ревелева, Р.Д. Тихонов / “Исследование рекомбинации в объеме биполярного магниточувствительного транзистора” // Датчики и системы. №11, 2003г.

Стр. 24- 13) А.В. Козлов, М.А. Ревелева, Р.Д. Тихонов / “Исследование токов и относительной чувствительности по току биполярного магниточувствительного транзистора” // Микроэлектроника. №6, том 32, стр.474-480, ноябрь – декабрь, ISSN 0544-1269.

14) А.В. Козлов, Р.Д. Тихонов / “Исследование структурной зависимости чувствительности биполярного магнитотранзистора, сформированного в диффузионном кармане” // Оборонный комплекс – научно-техническому прогрессу России, №4, 2003, стр.56- 15) А.В. Козлов / Магниточувствительный двухколлекторный транзистор, сформированный в изолирующем диффузионном n-кармане // 11 - всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов “Микроэлектроника и информатика - 2004”, Зеленоград, 17-18 апреля 2004г., тезисы докладов, стр.15.

16) А.В. Козлов, Р.Д. Тихонов / Исследование конструкции n-p-n магнитотранзистора, расположенного в n-кармане // XVI научно-техническая конференция с участием зарубежных специалистов “Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления “Датчик - 2004”, Материалы конференции, Москва, МГИЭМ, май, 2004 года, стр. 67-68.

17) A. Kozlov, M. Reveleva, R. Tikhonov / The Optimization Of Relative Current Sensitivity Of Bipolar Magnetotransistor // EPE-PEMC 2004, Preliminary program, 2-4 September 2004, Riga, Latvia, p.26 (Proceedings of EPE-PEMC) 18) А.В. Козлов, Р.Д. Тихонов / Концентрационно-рекомбинационная чувствительность магнитотранзистора // Датчики и системы, №8, 2004, стр.40-42.

19) Козлов А.В., Тихонов Р.Д. / Исследование токов магниточувствительного транзистора // Труды девятой международной научно-технической конференции “Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники”, Часть 2, Дивноморское, Россия, 12 – 17 сентября 2004 г., стр. 188 – 190.

20) Козлов А.В., Тихонов Р.Д. / Патент РФ на изобретение 2239916 с приоритетом по дате подачи заявки от 31.01.2003 – прототип 21) A.V. Kozlov, M.A. Reveleva, R.D. Tikhonov / The optimization of relative current sensitivity of bipolar magnetotransistor // Micro- and Nanoelectronics 2003, Proceedings of SPIE, Volume 5401, pp. 362- 22) А.В. Козлов, Р.Д. Тихонов / Биполярный магнитотранзистор с базой в кармане // Измерительная техника, сентябрь №9, 2004, стр. 53- 23) Р.Д. Тихонов, А.В. Козлов / Чувствительность трехколлекторного биполярного магнитотранзистора // Оборонный комплекс – научно-техническому прогрессу России, №4, 2004, стр. 57- 24) А.В. Козлов, Р.Д. Тихонов / Отрицательная чувствительность по току биполярного магнитотранзистора // Микросистемная техника, №11, 2004, стр. 19- 25) А.В. Козлов / Влияние поверхностной рекомбинации на границе раздела SIO2 / SI на физические процессы в магнитотранзисторе // Микроэлектроника и информатика – 2005, тезисы докладов, 19-21 апреля 2005г., стр. 26) Козлов А.В., Парменов Ю.А. / Исследование влияния границы раздела SI/SIO магнитотранзистора с помощью численного моделирования // «Новые информационные технологии». Тезисы докладов X III Международной студенческой школы-семинара – М.: МГИЭМ, 2005. - с.307.

27) А.В. Козлов, Ю.А. Парменов / Разработка оптимальной конструкции датчика магнитного поля на основе латерального магнитотранзистора с помощью средств приборно-технологического моделирования // Всероссийская научно-техническая конференция “Проблемы разработки перспективных микроэлектронных систем” – 2005, Сборник трудов, ИППМ, 11-14 октября 2005г., стр. 179- 28) А.В. Козлов, В.В. Калугин, Ю.А. Парменов, Р.Д. Тихонов / Влияние поверхностной рекомбинации и подлегирования поверхности на относительную чувствительность магнитотранзистора // V Международная научно-техническая конференция “Электроника и информатика - 2005”, Материалы конференции, Часть 1, Москва, 2005, стр. 24-25.

29) А.В. Козлов, Ю.А. Парменов / Исследование факторов, определяющих появление отрицательной чувствительности биполярного магнитотранзистора // V Международная научно-техническая конференция “Электроника и информатика - 2005”, Материалы конференции, Часть 1, Москва, 2005, стр. 26-27.

30) A.V. Kozlov, Y.A. Parmenov / Management of Value and Sigh of Transistor’s Output Signal // EDM-2006, IEEE 2006 International Workshop and Tutorials on Electron Devices and Materials Proceedings, 7th Annual, Erlagol, Altai – July 1-5, 2006, pp. 80-85.

31) Козлов А.В., Тихонов Р.Д., Патент на изобретение № 2284612. Полупроводниковый магнитный преобразователь. Патентообладатели: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный институт электронной техники (технический университет) (RU), Государственное учреждение Научно-производственный комплекс “Технологический центр” МИЭТ (RU).

Заявка № 2004132549. Приоритет изобретения 10 ноября 2004 г. Зарегистрировано в Государственном реестре изобретений Российской Федерации 27 сентября 2006 г. Срок действия патента иссекает 10 ноября 2024 г.

32) A.V. Kozlov, Y.A. Parmenov / The Research of Ways of Increase of Sensitivity of Magnetotransistor by Numerical Methods // EDM-2007, IEEE 2007 International Workshop and Tutorials on Electron Devices and Materials Proceedings, 8th Annual, Erlagol, Altai – July 1-5, 2007, pp. 93-96.

33) A.V. Kozlov, R.D. Tikhonov / Measurement of Electric Characteristics of Lateral Magnetotransistor // EDM-2007, IEEE 2007 International Workshop and Tutorials on Electron Devices and Materials Proceedings, 8th Annual, Erlagol, Altai – July 1-5, 2007, pp. 97-99.

34) А.В. Козлов, Ю.А. Парменов / Влияние скорости поверхностной рекомбинации на относительную чувствительность биполярного транзистора // Известия высших учебных заведений, Электроника, 2006, №3, стр.27-31.

35) A. Kozlov, D. Rodionov / Technology modeling of microsystem technics devices // International Conference “Micro- and nanoelectronics - 2007”, Moscow – Zvenigorod, Russia, 2007, pp. 01-07.

36) R.D. Tikhonov, S.A. Polomoshnov, A.V. Kozlov, A. Ju. Krasukov / Research of the disbalance mechanism of dual collector lateral bipolar magnetotransistor // International Conference “Micro- and nanoelectronics - 2007”, Moscow – Zvenigorod, Russia, 2007, pp. P1Anton V. Kozlov, Robert D. Tikhonov / Interactive Systems and Technologies : The Problems of Human-Computer Interaction. – Collection of scientific papers. // Designing of Elemets of Integrated Circuits and Microsystems with use of package SAD of DeviceTechnological Modeling // – Ulyanovsk: UISTU, 2007. – 270р., pp. 198-200.

38) R.D. Tikhonov, S.A. Polomoshnov, A.V. Kozlov, A.J. Krasukov/ Research of the disbalance mechanism of dual collector lateral bipolar magnetotransistor // Proceedings of SPIE -- Volume 7025 Micro- and Nanoelectronics 2007, Kamil A. Valiev, Alexander A.

Orlikovsky, Editors, 70251B (published online Apr. 29, 2008), 12 page. (электронная публикация).

39) Anton V. Kozlov, Robert D. Tikhonov / Device-technological Modelling of Bipolar Transistor with Base in the Well // 9th International Workshops and Tutorials on Electron Devices and Materials (EDM-2008), Table of Contents, 1-5 july, Erlagol, 2008, pp. 69-73.

40) Р.Д. Тихонов, А.В. Козлов, А.Ю. Красюков, С.А. Поломошнов / Схема включения с минимизацией разбаланса напряжения двухколлекторного латерального биполярного магнитотранзистора // Современные проблемы радиоэлектроники: сб. науч. тр. / ред.:

А.И. Громыко, А.В. Сарафанов. – Красноярск: ИПК СФУ, 2008. – 498 с. стр. 227-230.

41) А.В. Козлов, Ю.А. Парменов, Р.Д. Тихонов / Исследование влияния конструктивно-технологических факторов на чувствительность магнитотранзистора методами приборно-технологического моделирования // III Всероссийская научнотехническая конференция “Проблемы разработки перспективных микро- и наноэлектронных систем – 2008 (МЭС - 2008)”. Сборник научных трудов / под общ. ред.

А.Л. Стемпковского. – М.: ИППМ РАН, 2008. – 550 с. стр. 183-188.

42) Козлов А.В., Тихонов Р.Д. Датчик на биполярном магнитотранзисторе // Технические и программные средства систем управления, контроля и измерения (УКИ’08): сборник материалов конференции с международным участием / Общая редакция Пархоменко П.П., Амбарцумян А.А. – М.: Учреждение Российской академии наук Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН. – 2008. – С. 224-225.

двухколлекторного магнитотранзистора в двойном кармане с помощью приборнотехнологического моделирования / Материалы VI Международной научно-технической конференции INTERMATIC – 2008, 21–23 октября 2008г., МИРЭА, стр. 189-193.

(электронная публикация http://www.conf.mirea.ru/pdf/i/35.pdf).

Подписано в печать:

Формат 60x84 1/16. Уч.-изд.л., Тираж экз. Заказ.

Отпечатано в типографии ИПК МИЭТ.

124498, Москва, г. Москва, Зеленоград, проезд 4806, д.5, стр.1, МИЭТ.