- •Курс Твердотельной электроники
- •1. Физические основы твердотельной электроники
- •1.1. Диффузионный и дрейфовый ток в полупроводниках
- •1.2. Зависимость подвижности от концентрации примесей,
- •1.3. Фундаментальная система уравнений
- •1.4. Обеднение, обогащение и инверсия
- •1.5. Потенциальный барьер
- •1.6. Область пространственного заряда p-n перехода
- •1.7. Зависимость концентраций неосновных неравновесных носителей зарядов на границах от напряжения на переходе
- •1.8. Рекомбинация неравновесных носителей заряда
- •1.9. Условия на контактах и поверхностная рекомбинация
- •1.10. Распределение неосновных носителей заряда вблизи p-n-перехода
- •2. Элементы и процессы твердотельной электроники
- •2.1. Распределение носителей и коэффициент передачи тока в транзисторной структуре
- •2.2. Физическая структура биполярного транзистора
- •2.3. Биполярные транзисторы интегральных схем
- •2.4. Кремниевые транзисторы свч диапазона
- •2.5. Энергетическая диаграмма контакта металл-полупроводник
- •2.6. Токи в контакте металл-полупроводник
- •2.7. Гетеропереходы
- •2.8. Туннелирование в p-n-переходе
- •2.9. Лавинное умножение
- •2.10. Структура металл-диэлектрик-полупроводник
- •2.11. Пороговое напряжение мдп транзистора
- •2.12. Вольт-амперная характеристика мдп транзистора
- •2.13. Конструктивные разновидности мдп транзисторов
- •2.13.1. Мощные моп транзисторы
- •2.13.2. Элементы сбис
- •2.14. Элементы зу на мдп транзисторах
- •2.14.1. Мноп транзистор
- •2.14.2. Транзисторы с плавающим затвором
- •2.15. Приборы с зарядовой связью
- •2.15.1. Передача заряда между затворами
- •2.15.2. Накопление заряда в моп структурах
- •2.15.3. Связь между зарядом и поверхностным потенциалом
- •2.15.4. Перенос заряда под затвором
- •3. Основные технологические процессы микроэлектроники
- •3.1. Диффузия
- •3.2. Окисление
- •3.3. Ионное легирование
- •3.3.1. Распределение Гаусса
- •3.3.2. Другие распределения
- •3.3.3. Боковое уширение распределения ионов
- •3.4. Эпитаксия
- •4. Курсовое проектирование
- •4.2. Резкий p-n-переход
- •4.3. Диффузионные переходы
- •4.4. Токи диффузионных переходов
- •4.5. Биполярный транзистор интегральных схем
- •4.6. Малосигнальные параметры биполярных транзисторов
- •4.7. Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом
- •4.8. Полевой транзистор с изолированным затвором
4.4. Токи диффузионных переходов
Полная поверхностная концентрация примеси, т.е. число атомов примеси на см2поверхности, [см-2], где- глубина залеганияp-n-перехода. Для акцепторов в слое от 0 до:,
Функция приближенно может быть представлена как
Базовый диффузионный слой ограничен координатами и, поэтому поверхностная концентрация акцепторов в базе
, ,
Аналогично, концентрация доноров в эмиттере:
,.
Диффузионные токи электронов и дырок:
дырочный ток эмиттера ;
электронный ток эмиттера ;
дырочный ток коллектора ;
электронный ток коллектора .
Начальные токи переходов зависят и от площадей эмиттера и коллектора:
,
.
Генерационно-рекомбинационные токи определяются также как в разделе 2, но ширины ОПЗ рассчитываются по формулам для диффузионных переходов. На обратной ветви преобладает генерационно-рекомбинационный ток, прямое падение напряжения определяется диффузионными токами
,
где - прямой ток,- начальный ток эмиттера или коллектора.
4.5. Биполярный транзистор интегральных схем
Обозначения исходных данных
Глубина залегания эмиттерного перехода
Глубина залегания коллекторного перехода
Концентрация доноров на поверхности эмиттера
Концентрация акцепторов на поверхности базы
Концентрация доноров в эпитаксиальной пленке коллектора
Поверхностная концентрация доноров в скрытом слое
Толщина эпитаксиальной пленки коллектора
Время жизни электронов в базе
Скорость поверхностной рекомбинации
Диффузионная длина в эпитаксиальной пленке
Площадь эмиттера
Площадь коллектора
На рис.12 показана физическая структура и топология биполярного интегрального транзистора.
Основные формулы для расчета
Ширина базы
Время диффузии сквозь базу .
Границы ОПЗ эмиттерного и коллекторного переходов рассчитываются по формулам диффузионных переходов в режиме = -5 В,= 0.6 В. Коэффициент диффузиисоответствует суммарной концентрации примеси.
Нормальный коэффициент передачи
где и- время жизни и коэффициент диффузии электронов в базе,- скорость поверхностной рекомбинации в базе.
Инверсный коэффициент передачи
, где ,,.
Коэффициент передачи тока в подложку .
Площадь коллекторного перехода следует рассчитать по заданной площади эмиттера и принятым минимальным расстояниям между диффузионными областями и металлизациями.
Токи в модели Эберса-Молла образуются токами эмиттерного , коллекторногои диода подложки
Начальные токи эмиттерного, коллекторного диодов и диода подложки рассчитываются по формулам для диффузионных переходов и сконструированным площадям. На рис.44 показана эквивалентная схема интегрального транзистора на основе модели Эберса-Молла.
Рис.44.
Схема Эберса-Молла для интегрального
транзистора
Суммы токов, втекающих в узлы, равны нулю, поэтому
Например, в режиме насыщения, при
4.6. Малосигнальные параметры биполярных транзисторов
Т – образная эквивалентная схема
Сопротивление эмиттера Сопротивление базы
Сопротивление коллектора .
H- параметры в схеме с ОБ через параметры Т-образной схемы:
,;
;.
Связь между y- и h- параметрами для любой схемы включения
,;
;.
Эти соотношения сохраняют силу при замене нав правой части инав левой части.
Связь между параметрами в разных схемах включения устанавливается полной матрицей проводимостей. В полной матрице проводимостей суммы всех элементов по строкам и столбцам равны нулю
| |||
где .
Вычеркиванием строки и столбца, относящихся к заземленному узлу, получаем матрицу проводимостей для любой схемы включения. Например,
и т.д. Используя связьy- иh- параметров для разных схем включения, можно определить все элементы полной матрицы проводимостей по результатам измерений только диагональных элементов в разных режимах. В частности, для недиагональныхy-параметров ОБ справедлива система уравнений
Преимущество системы y-параметров состоит в удобстве учета паразитных емкостей. Подключение емкости между узлами соответствует сложению полной матрицы проводимостей с матрицей емкости
Т.е. с плюсом в узлы, к которым подключена емкость и с минусам в недиагональные элементы с индексами узлов, между которыми подключена емкость.