Transistor MOSFET

Introdução

O transistor de efeito de campo do tipo Metal-Óxido-Semicondutor (MOS) é atualmente um dos dispositivos eletrônicos mais importantes, se não o mais importante. Os transistores MOS se dividem em quatro tipos principais, sendo eles:

Transistor MOS canal N (ou NMOS) tipo enriquecimento;

Transistor MOS canal N tipo depleção;

Transistor MOS canal P (ou PMOS) tipo enriquecimento;

Transistor MOS canal P tipo depleção.


O transistor MOS consiste em quatro terminais sendo eles a fonte (S), dreno (D), Substrato (B) e a porta (G). Simplificando, o transistor funciona de forma análoga à uma torneira, o capacitor MOS construído na porta do componente é uma parte importante no funcionamento deste transistor como o registro de uma torneira:

Mesmo com Vds com potencial maior que zero não há passagem de corrente, porque a tensão aplicada na porta (Vgs) é menor que a tensão de limiar (Vt), que é a tensão que forma o canal. O transistor está em corte de forma análoga a torneira fechada, para a torneira abrir é necessário abrir o registro, no caso do transistor formar um canal entre o dreno e a fonte.

Ao aplicar uma tensão em Vgs maior que Vt forma-se o canal no transistor devido a inversão no capacitor MOS.

Como é fabricado

A fabricação dos componentes na microeletrônica necessita de várias etapas de processos, sendo algumas das principais: Deposição de materiais, Oxidação térmica do silício, Dopagem, Fotolitografia e Corrosão.

Por ser um material base da construção do transistor e de baixo custo normalmente utiliza-se uma lâmina de silício como substrato, o transistor pode ser fabricado através da sequência simples:

A etapa de oxidação térmica é uma das mais importantes etapas, porque a qualidade e características do óxido dita as propriedades elétricas do transistor, esta etapa é realizada para o crescimento do óxido de silício sobre a lâmina, o óxido é um isolante, na fabricação ele serve para impedir curtos, como máscara (barreira) contra a dopagem e como camada dielétrica na construção de um capacitor e/ou porta do transistor.

A Litografia é uma das mais importantes etapas, a fotolitografia é uma técnica para transferência de padrões geométricos desde uma máscara óptica para a superfície da lâmina de silício, esta etapa é uma das mais executadas no processo de fabricação de dispositivos. Na litografia é depositado um material chamado fotoresiste que recebe as geometrias no processo de exposição, este material que protege o material abaixo.

A dopagem é realizada para inserir “impurezas” desejadas para mudar as características elétricas do material dopado, no transistor dopa-se o silício para mudar o seu tipo de dopagem e criar as regiões de fonte e dreno.

Neste processo é realizado dois processos de deposição de material, uma por CVD (chemical vapour deposition) que é uma deposição via vapor realizada pela por uma reação química de uma camada de silício policristalino, a outra é uma deposição mais simples via evaporação de um metal, no caso o alumínio.

A corrosão pode ser realizada de forma úmida onde utiliza-se soluções químicas e imerge-se a lâmina por um determinado tempo, a outra é realizada por plasma dentro de um reator com um gás que tenha afinidade para remover o material desejado.

Sequência de Fabricação

  1. Oxidação Térmica: Realizada para crescer um óxido espesso que protege os componentes fabricados;

  2. 1ª litografia: Definir a abertura da região ativa do dispositivo;

  3. 1ª Corrosão: Úmida para remover o óxido espesso;

  4. 2ª Oxidação Térmica: Realizada para crescer o óxido fino de porta do transistor;

  5. CVD: Deposição do silício policristalino que serve como metal de porta e como máscara na corrosão à plasma.

  6. 2ª litografia: Definir a abertura das regiões de dreno e fonte;

  7. Corrosão por plasma: É realizada a corrosão no silício policristalino e óxido de silício, assim formando o metal de porta e abrindo as regiões de dreno e fonte;

  8. Difusão: É depositado um material com dopante sobre a lâmina e difundido termicamente em um forno, após o processo é removido a camada;

  9. O processo térmico forma um oxido crescido sobre as regiões de dreno e fonte.

  10. 3ª litografia: Definir a abertura dos contatos;

  11. 3ª Corrosão: Úmida para remover o óxido crescido na difusão;

  12. Evaporação: É realizado a evaporação do alumínio em uma câmara de vácuo, o alumínio adere a superfície da lâmina.

  13. 4ª litografia: Definir a regiões metálicas do componente;

  14. 4ª Corrosão: Úmida para remover o alumínio;

  15. Evaporação: É realizada a evaporação no verso para ter contato elétrico com o substrato.