Методическое пособие 565

#Указываем затвор из поликремния n-типа, задаем модель и метод расчета contact name=gate n.poly

models cvt srh auger bgn impact selb p.min=1e7

method bicgst ilup pc.fill_ratio=3.0 cx.tol=1.0e-6

#Задаем смещение на затворе

solve init

solve vgate=1.98

#Сохраняем log-файл и проводим расчет log outf=3transistir_p_1log.log

solve vdrain = 0.1 vstep = -0.1 vfinal = -1 name = drain log off

#Выводим log-файл на экран

tonyplot 3transistir_p_1log.log

#Переходим в victorydevice и задействуем все ядра процессора go victorydevice simflags="-P all"

#Загружаем структуру

mesh infile = 3transistors_p.str width=0.1

#Указываем затвор из поликремния n-типа, задаем модель и метод расчета contact name=gate n.poly

models cvt srh auger bgn impact selb p.min=1e7

method bicgst ilup pc.fill_ratio=3.0 cx.tol=1.0e-6

#Задаем смещение на стоке

solve init

solve vdrain=0.001

#Сохраняем log-файл и начинаем расчет log outf=3transistir_p_2log.log master

solve vgate=-1 vstep=0.01 vfinal=-0.2 name=gate log off

#Выводим log-файл на экран

tonyplot 3transistir_p_2log.log quit

Готовые ВАХ МОП-транзистора р-типа показаны на рис. 30.

60

а

б

Рис. 30. ВАХ МОП-транзистора р-типа, выполненного по технологии 0,18 мкм: а – выходная характеристика; б – передаточная характеристика

3.3. Моделирование МОП-транзисторов с сопротивлением на стоке

Рассматривается моделирование МОП-транзистора n-типа, на сток которого подсоединен резистор. Транзистор и резистор будут браться из предыдущих работ. Также будет получена выходная характеристика, после чего можно будет ее сравнить с ранее полученной и убедиться в работоспособности.

Листинг программы для расчета МОП-транзистора с сопротивлением на стоке:

#Переходим в victoryprocess и задействуем все ядра процессора go victoryprocess simflags="-P all"

#1 строка: физические характеристики подложки: материал – кремний, легированный бором;

#2 строка: задание структуры (2D режим) с начальной толщиной подложки

1,8 мкм

#3 строка: численные параметры расчета технологического процесса – разрешение при моделировании

init material="silicon" rot.sub=45 c.boron=1e14 \ from=0 to=1.8 depth=0.5 gasheight=1 \ resolution="0.01,0.01"

61

#Задаем настройки сетки моделирования

#по оси Х:

62

# Создаем два кармана n+-типа

deposit material="photoresist" thick=0.4

etch DRY material="photoresist" thick=0.34 between="0.52,0.74" etch DRY material="photoresist" thick=0.34 between="1.05,1.26" implant phos dose=5e16 energy=11

strip resist

# Создаем карман р+-типа

deposit material="photoresist" thick=0.4

etch DRY material="photoresist" thick=0.3 between="0.24,0.29" implant boron dose=3e18 energy=10

strip resist

#Формируем сильнолегированную область резистора путем имплантации мышьяка

deposit material="photoresist" thick=0.4

etch DRY material="photoresist" thick=0.4 between="1.58,1.72" implant arsenic dose=2.45e15 energy=8

strip resist

diffuse time=10 temp=900

#Создаем изолированный поликремневый затвор у транзисторов

deposit material="oxide" thick=0.01 between="0.81,0.99" deposit material="polysilicon" thick=0.04 between="0.81,0.99" deposit material="Si3N4" thick=0 between="0.79,0.81" max deposit material="Si3N4" thick=0 between="0.99,1.01" max deposit material="oxide" thick=0.04 between="0.75,1.05"

# Создаем электроды

deposit material="aluminum" thick=0.04 between="0.25,0.3" deposit material="aluminum" thick=0.04 between="0.6,0.65" deposit material="aluminum" thick=0.04 between="1.15,1.2" deposit material="aluminum" thick=0.04 between="1.56,1.57" deposit material="aluminum" thick=0.04 between="1.73,1.74"

63

# Присваиваем имена электродам

electrodes name="substrate" X=0.27 Z=-0.01 electrodes name="source" X=0.62 Z=-0.01 electrodes name="drain" X=1.17 Z=-0.01 electrodes name="drain" X=1.565 Z=-0.01 electrodes name="gate" X=0.9 Z=-0.02 electrodes name="gnd" X=1.735 Z=-0.01

#Сохраняем структуру и выводим ее на экран export structure=3transistors_resistor.str tonyplot 3transistors_resistor.str

#Переходим в victorydevice и задействуем все ядра go victorydevice simflags="-P all"

#Загружаем структуру

mesh infile = 3transistors_resistor.str width=0.1

#Указываем затвор из поликремния n-типа, задаем модель и метод расчета contact name=gate n.poly

models cvt srh auger bgn impact selb p.min=1e7

method bicgst ilup pc.fill_ratio=3.0 cx.tol=1.0e-6

#Задаем смещение на затворе

solve init

solve vgate=1.98

#Сохраняем log-файл и начинаем расчет log outf=3transistors_resistor_log.log

solve vdrain = -0.1 vstep = 0.3 vfinal = 4 name = drain log off

#Выводим log-файл на экран

tonyplot 3transistors_resistor_log.log quit

При сравнении ВАХ на рис. 29 и рис. 31 можно заметить, что при одинаковом напряжении на затворе проходящие по структуре токи отличаются.

64

а

б

Рис. 31. МОП-транзистора n-типа с сопротивлением на стоке:

а– структура МОП-транзистора с сопротивлением на стоке;

б– ВАХ МОП-транзистора с сопротивлением на стоке

65

4. БИПОЛЯРНЫЙ ТРАНЗИСТОР ЗАДАННОГО ВИДА. ХАРАКТЕРИСТИКА

По технологии 0,18 мкм разрабатывается биполярный n-p-n транзистор в кремневой подложке. В подложке кремния с примесью n-типа (фосфор) проводится первая диффузия бора для создания слаболегированной области p-типа, затем проводится вторая диффузия фосфора для создания сильнолегированной области n+-типа. Максимальное рабочее напряжение составляет 5,5 В.

Базу делают как можно более тонкой, что связано со временем жизни носителей зарядов. Носители зарядов должны пересекать базу и как можно меньше рекомбинировать с основными носителями базы, для того чтобы достигнуть коллектора. Для того чтобы коллектор мог наиболее полно собирать носители, прошедшие через базу, его стараются сделать шире [8]. Схема включения – с общим эмиттером.

Листинг программы для расчета биполярного транзистора:

#Переходим в victoryprocess и задействуем все ядра процессора go victoryprocess simflags="-P all"

#1 строка: физические характеристики подложки: материал – кремний, легированный фосфором;

#2 строка: задание структуры (2D режим) с начальной толщиной подложки 1 мкм

#3 строка: численные параметры расчета технологического процесса – разрешение при моделировании

init material="silicon" rot.sub=45 c.phos=1e14 \ from=4.5 to=5.5 depth=0.5 gasheight=1 \ resolution="0.01,0.01"

#Задаем настройки сетки моделирования

#по оси Х:

66

# Создаем область p-типа базы

deposit material="photoresist" thick=0.4

# Вытравливание кармана в маске

etch DRY material="photoresist" thick=0.31 between="4.65,5.05"

#Формирование p-слоя методом ионной имплантации с дальнейшей разгонкой внедряемой примеси диффузией

implant boron dose=1e13 energy=11 strip resist

diffuse time=10 temp=900

#Создаем область n+-типа эмиттера

deposit material="photoresist" thick=0.4

# Вытравливание кармана в маске

etch DRY material="photoresist" thick=0.33 between="4.75,4.93"

#Формирование p-слоя методом ионной имплантации с дальнейшей разгонкой внедряемой примеси диффузией

implant phos dose=1e18 energy=14 strip resist

diffuse time=10 temp=900

#Увеличиваем концентрацию дырок в базе

deposit material="photoresist" thick=0.4

# Вытравливание кармана в маске

etch DRY material="photoresist" thick=0.29 between="5.02,5.06"

#Формирование p-слоя методом ионной имплантации с дальнейшей разгонкой внедряемой примеси диффузией

implant boron dose=1e19 energy=10 strip resist

diffuse time=10 temp=900

#Создаем электроды

deposit material="aluminum" thick=0.04 between="4.83,4.88" deposit material="aluminum" thick=0.04 between="5.02,5.07" deposit material="aluminum" thick=0.04 between="5.25,5.3"

# Присваиваем имена электродам

electrodes name="emitter" X=4.84 Z=-0.01 electrodes name="base" X=5.03 Z=-0.01 electrodes name="collector" X=5.26 Z=-0.02

#Сохраняем структуру и выводим ее на экран export structure=4bipolar.str

tonyplot 4bipolar.str

#Переходим в victorydevice и задействуем все ядра процессора

67

go victorydevice simflags="-P all"

# Загружаем структуру

mesh infile = 4bipolar.str width=0.1

#Указываем эмиттер – поликремний n-типа и задаем модель и метод расчета contact name=emitter n.poly

models cvt srh auger bgn impact selb p.min=1e7

method bicgst ilup pc.fill_ratio=3.0 cx.tol=1.0e-6

#Задаем смещение на базе

solve init

solve vbase=0.025 solve vbase=0.05

solve vbase=0.1 vstep=0.1 vfinal=1 name=base

# Подаем на базу ток

contact name=base current solve ibase=1.e-6

#Сохраняем log-файл и начинаем расчет log outf=4bipolar_1log.log

solve vcollector = 0 vstep = 0.05 vfinal = 3 name = collector log off

#Выводим log-файл на экран

tonyplot 4bipolar_1log.log

#Переходим в victorydevice и задействуем все ядра go victorydevice simflags="-P all"

#Загружаем структуру

mesh infile = 4bipolar.str width=0.1

#Указываем эмиттер – поликремний n-типа и задаем модель и метод расчета contact name=emitter n.poly

models cvt srh auger bgn impact selb p.min=1e7

method bicgst ilup pc.fill_ratio=3.0 cx.tol=1.0e-6

#Задаем смещение на эмиттере

solve init

solve vemitter=1

#Сохраняем log-файл и начинаем расчет log outf=4bipolar_2log.log master

solve vbase=-1 vstep=0.1 vfinal=1 name=base log off

#Выводим log-файл на экран

tonyplot 4bipolar_2log.log quit

Готовый биполярный n-p-n транзистор показан на рис. 32, на рис. 33 приведена ВАХ.

68

Рис. 32. Биполярный n-p-n транзистор, выполненный по технологии

0,18 мкм

а

б

Рис. 33. ВАХ биполярного n-p-n транзистора, выполненного по технологии 0,18 мкм: а – выходная характеристика; б – передаточная характеристика

69