- •Подвижность и дрейфовая скорость
- •Резкий p-n-переход
- •Диффузионные переходы в транзисторной структуре
- •3.1. Профили распределения примесей и ширина опз
- •3.2.Токи диффузионных переходов
- •4. Биполярный транзистор интегральных схем
- •4.1.Основные формулы для расчета
- •4.2.Малосигнальные параметры биполярных транзисторов
- •5. Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом
- •6. Полевой транзистор с изолированным затвором
Курсовое проектирование по твердотельной электронике
Основные формулы для расчета
Подвижность и дрейфовая скорость
Отношение заряда электрона qк массе свободного электронаm
=1.76см2.В-1.с-2.Подвижность,,-тепловая скорость,-средняя длина свободного пробега,-среднее время между двумя актами рассеяния. ДляSiна дне зоны проводимости,
у потолка валентной зоны
Аппроксимация подвижности в кремнии , где-полная концентрация примеси, величиныприведены в таблице
Носители заряда |
|
| ||
электроны |
65 |
1265 |
8.5.1016 |
0.76 |
дырки |
47.7 |
447 |
6.3.1016 |
0.72 |
Коэффициент диффузии ,= 0,025 В при Т=398 К
Резкий p-n-переход
Контактная разность потенциалов
где собственная концентрация в кремнии при комнатной температуре (Т=298 К),- концентрация акцепторов наp– стороне перехода,-концентрация доноров наn– стороне перехода,Кл.
Ширина области пространственного заряда (ОПЗ)
,дляSi,,- концентрация акцепторов наp– стороне перехода,- концентрация доноров наn– стороне перехода,Кл.
Рис.1. Распределение потенциала и границы ОПЗ в p-n-переходе
границы ОПЗ на n- иp-сторонахp-n-перехода и соответственно
,
Максимальная напряженность поля ,
U – положительное внешнее напряжение, т.е. плюсом приложенное к р – области.
Диффузионные токи через p-n-переход
Дырочный ток ,
Электронный ток ,
генерационно-рекомбинационный ток
Диффузионные токи зависят от напряжения по формулам
Генерационно-рекомбинационный ток
содержит в себе одинаковое количество электронов и дырок, т.к. создается
генерацией электронно-дырочных пар в ОПЗ перехода со скоростью
Эффективность инжекции электронов эмиттером.
Диффузионные переходы в транзисторной структуре
Диффузия доноров и акцепторов - основной способ получения p-n-преходов и транзисторных структур.
3.1. Профили распределения примесей и ширина опз
На рис.2 показано распределение примесей в транзисторной структуре, состоящей из эмиттерного перехода на глубине и коллекторного на глубине. Эмиттерный переход создается двумя гауссовыми распределениями примесейи,а в коллекторном переходе гауссово распределениевыполняется в постоянную концентрацию доноров в коллекторе.
Рис.2. Распределение доноров и акцепторов в транзисторной структуре
характеристическая длина диффузии доноров, это средняя глубина диффузии примеси за время диффузиис коэффициентом диффузии, аналогично для акцепторов
При диффузии примеси с исходной концентрацией прив эпитаксиальную пленку коллектора с концентрацией доноровна глубинуимеемпоэтому.Концентрация акцепторной примеси на глубинебудет равна . Точно такой же величины достигает концентрация донорной примеси, поэтому
Определив таким образом характеристические длины диффузии доноров и акцепторов, далее следует построить полный профиль распределения примесей ,рис. 3
Рис.3. Результирующий профиль распределения примесей в транзисторе.
Для определения ОПЗ в приближении линейного распределения примесей достаточно одного градиента в коллекторном переходе Эмиттерный переход правильнее характеризовать двумя градиентами: со стороны эмиттераи со стороны базы
Контактная разность потенциалов в эмиттере
Контактная разность потенциалов в коллекторе
Ширина ОПЗ плавного перехода с одним градиентом ,границы ОПЗ коллекторного перехода со стороны базыи со стороны коллектора:,,т.е. ОПЗ коллектора одинаково распространяется и в базу и в коллектор.
Ширина ОПЗ эмиттерного перехода с двумя градиентами:
,
Границы ОПЗ эмиттерного перехода со стороны эмиттера и со стороны базы определяются из соотношений:
,,
т.е. ширина ОПЗ распространяется в сторону меньшего градиента со стороны базы.