1.8 Grundlagen der Digitaltechnik
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Informatik V, Kap. 8, WS 98/99<br />
Während ein n-Kanal-MOS-Transistor ein p-dotiertes Grundsubstrat benötigt, ist für einen p-Kanal-<br />
Transistor eine n-dotiertes Grundsubstrat erfor<strong>der</strong>lich. Damit ist es notwendig, entwe<strong>der</strong> innerhalb<br />
eines n-dotierten Grundsubstrates für den n-Kanal- Transistor einen als Quasi- Grundsubstrat<br />
dienenden p-dotierten Bereich einzubauen o<strong>der</strong>, alternativ, bei Ausgang von einem p-dotierten<br />
Grundsubstrat für den p -Kanal-Transistor einen n-dotierten Bereich einzubauen. Diese Quasi-<br />
Grundsubstrate werden meistens als "Wannen" (wells, tubs) bezeichnet und sind durch die Technik<br />
<strong>der</strong> Ionen-Implantation in guter Qualität herstellbar.<br />
Metall<br />
n-channel p-channel<br />
GND VDD<br />
n+ n+<br />
p-well<br />
n- bulk silicon<br />
29<br />
p+ p+<br />
Abb. 8.46 b: CMOS-Inverter (Schnitt) in p-Wannen Technologie<br />
n-diffusion<br />
p-diffusion<br />
gate-oxide<br />
field-oxide<br />
n - bulk<br />
poly-silicon<br />
p-well<br />
Entsprechend unterscheidet man heute zwischen n-Wannen-CMOS (mit speziellen Wannen für die p-<br />
Kanal-Transistoren, wie in Abb. 8.46 a) und p-Wannen-CMOS (mit speziellen Wannen für die n-<br />
Kanal-Transistoren). Beide haben spezifische Vor- und Nachteile.<br />
Zunächst wird im Fertigungsprozeß die Kristallstruktur durch mehrfaches Umdotieren (n - p - n bei n<br />
- Kanal- Transistoren in <strong>der</strong> p-Wanne, p - n - p bei p-Kanal-Transistoren in <strong>der</strong> n-Wanne) nicht<br />
besser. Deshalb wird bezüglich <strong>der</strong> Leitfähigkeit und <strong>der</strong> Schaltgeschwindigkeit <strong>der</strong> "native" -<br />
Transistor, also <strong>der</strong> p-Kanal-Transistor direkt im n-Substrat bzw. <strong>der</strong> n-Kanal-Transistor im p-<br />
Substrat dem Vergleichstyp in <strong>der</strong> Wanne überlegen sein.<br />
Will man eine Technologie bauen, bei <strong>der</strong> p-Kanal-Transistor und n-Kanal-Transistor möglichst<br />
gleich "gut" sein sollen, so wird man die p - Wannen-Technologie bevorzugen, soll dagegen <strong>der</strong> n -<br />
Kanal-Transistor auf beste Leistung gezüchtet werden, so ist die n-Wannen-Technologie<br />
vorzuziehen.<br />
Letzte hat den für den Aufbau <strong>der</strong> ICs in Gehäuse den Vorteil, daß das Grundsubstrat auf Masse (0<br />
V) liegt. In neueren CMOS-Technologien werden vermehrt sowohl für p-Kanal- als auch für n-<br />
Kanal-Transistoren jeweils spezifische Wannen-Bereiche verwendet (Twin- Tub- Technologie).<br />
An dieser Stelle sei angemerkt, daß heutige hochintegrierte Schaltungen, egal ob Speicher o<strong>der</strong><br />
Prozessoren, fast ausschließlich in CMOS-Technologie gefertigt werden. In <strong>der</strong> digitalen<br />
Kommunikationstechnik hat auch die BiCMOS-Technologie, welche bipolare und CMOS-<br />
Schaltungen kombiniert beinhaltet, noch eine gewisse Bedeutung.<br />
8.5.8 Statische CMOS-Technik<br />
Der einfache Inverter in CMOS-Technik ist bereits in Abb. 8.44 dargestellt.