Топология биполярного транзистора

Основные процессы, используемые для изготовления n–p–nтранзисторов со скрытым слоем:

• на поверхность подложки p–типа методом селективной диффузии создается скрытый слойn+-типа;

• создается кремниевая пленка n–типа толщиной 3 мкм;

• проводится глубокая диффузия акцепторной примеси, обеспечивающая электрическую изоляцию этих элементов (этот процесс наиболее сложен);

• выполняется диффузия донорной примеси для создания сильно легированной области n+-типа под коллекторным электродом;

• диффузионным способом формируется база и эмиттер;

• создаются контактные окна;

• завершающими процессами являются металлизация, проводимая для получения токоведущих дорожек, и пассивирование.

Сюда входят классические процессы обработки кремния: фотолитография, диффузия и/или ионная имплантация, эпитаксия, высокотемпературная оксидирование, металлизация, отчистка поверхности, травление и нанесение из газовой фазы защитной пленки (пассивирование).

Цифрами обозначены следующие области:

1 – разделительная диффузия р⁺-кремния

2 – скрытый n⁺-слой

3 – коллектор (n⁺)

4 – металлизация коллекторного окна

5 – контактное окно коллектора

6 – база (р)

7 – эмиттер

8 – металлизация эмиттерного окна

9 – контактное окно эмиттера

10 – металлизация базового окна

11 – контактное окно базы

На рисунке 3 изображена топология биполярного транзистора:

Рис.5 Топология биполярного транзистора.

Рассчитанные параметры транзистора

Нормальный коэффициент передачи 0,992

Инверсный коэффициент передачи 0,913

Коэффициент передачи в подложку 0,017

Начальный диффузионный ток эмиттерного перехода (A) 6.588E-18

Начальный диффузионный ток коллекторного перехода (А) 1.434E-17

Начальный диффузионный ток скрытого слоя (А) 4.716E-11

Сопротивление базовой области (кОм) 1,548

Сопротивление коллекторной области (кОм) 1.247E+2

Сопротивление эмиттерной области (Ом) 25.875

Ёмкость эмиттерной области (пФ) 1.106E-1

Ёмкость коллекторной области (пФ) 1.553E-2

Ёмкость изолирующего перехода (пФ) 1.261E-1

Предельная частота коэффициента передачи тока (ГГц) 2.639

В iэ, Aходная вах биполярного транзистора

U_БЭ, В

Рис.6 Входная характеристика биполярного транзистора

На рисунке показана входная или базовая характеристика транзистора, то есть зависимость между током и напряжением во входной цепи транзистора I_э=f(U_бэ).

Выходные вах биполярного транзистора

I_К, A

U_ЭБ = - 0,7 В

U_ЭБ = - 0,69 В

U_ЭБ = - 0,68 В

U_ЭБ = - 0,66 В

U_КБ, В

U_ЭБ = - 0,67 В

U_ЭБ = - 0,65 В

Рис.7 Выходные характеристики биполярного транзистора

На рисунке показана выходная (коллекторная) характеристика биполярного транзистора, зависимость тока коллектора от напряжения коллектор-база.

Распределение примесей

концентрация доноров

концентрация акцепторов

N, см^-3

Х, см

Рис. 8. Распределение примесей

На рисунке показано распределение донорной и акцепторной примеси в биполярном транзисторе.

1. распределение акцепторов;

2. распределение доноров.

Выводы

В данной работе мы изучили структуру биполярного транзистора, его вольт-амперные характеристики.

Построили графики: входных и выходных ВАХ, распределение примесей и топологию транзистора.

Получили качественно ожидаемые результаты.

В ходе проделанной работе можно сделать следующие выводы:

1. Основные характеристики транзистора определяются в первую очередь процессами, происходящими в базе.

2. Также основные свойства биполярного транзистора определяются соотношениями токов и напряжений в различных его цепях и взаимным их влиянием друг на друга.

Транзистор может работать на постоянном и переменном сигнале, большом переменном сигнале и импульсном сигнале.

Чтобы рассмотреть работу транзистора на постоянном токе, необходимо изучить стационарные потоки носителей в нем. Это дает возможность получить статические характеристики и статические параметры транзистора - соотношения между его постоянными и переменными токами и напряжениями, выраженные графически или в виде численных значений.