8

Курсовой прект по физике полупроводниковых приборов (часть 2)

I. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ КРЕМНИЕВОГО ИНТЕГРАЛЬНОГО БИПОЛЯРНОГО п-р-п ТРАНЗИСТОРА

ЛИТЕРАТУРА

1. Старосельский В.И. Физика р-п переходов и полупроводниковых диодов. М.: МИЭТ, 1993.

2. Старосельский В.И. Физика биполярных транзисторов. Бездрейфовые транзисторы. М.: МИЭТ, 1989.

3. Старосельский В.И., Сквира А.В. Физика биполярных транзисторов. Интегральные транзисторные структуры. М.: МИЭТ, 1991.

4. Баринов В.В., Онацко В., Шишина Л.Ю. Основы топологического проектирования ИМС. — под ред. В.Онацко. М.: МИЭТ, 1994.

Задание

1. Разработать топологический чертеж транзисторной структуры.

2. Привести малосигнальную экв. схему и объяснить смысл ее элементов.

3. При заданных исходных данных для В, мА (0,8 В) рассчитать следующие параметры эквивалентной схемы:

- коэффициент передачи эмиттерного тока;

- барьерные емкости переходов Э — Б и К — Б;

- диффузионную емкость перехода Э — Б.

4. Привести маршрутную карту изготовления транзистора.

Факультативно:

5. Рассчитать параметры эквивалентной схемы п. 2.

6. Рассчитать граничные частоту в схемах ОБ, ОЭ и предельную частоту для режима: В, мА.

7. Рассчитать параметры экв. схемы Эберса-Молла для большого сигнала.

8. Рассчитать напряжение Эрли.

Исходные данные

1. Технология изготовления: с боковой диэлектрической изоляцией.

2. Глубина технологического перехода эмиттер-база, мкм x_je = 0.25

3. Глубина технологического перехода коллектор-база, мкм x_jc = 0,55

4. Толщина эпитаксиального коллектора, мкм h_c = 2

5. Поверхностная концентрация эмиттерной примеси, см^-3 N_es = 10²⁰

6. Поверхностная концентрация базовой примеси, см^-3 N_bs = 5.10¹⁸

7. Концентрация примеси в эпитаксиальном коллекторе, см^-3 N_c = 10¹⁷

8. Максимальная концентрация примеси в n⁺- коллекторе, см^-3 N_c⁺ = 10¹⁹

9. Толщина n⁺- коллектора, см h_c⁺ = 2

10. Площадь эмиттерного перехода S_e, мкм  мкм a_e  b_e = 4  4 = 16

11. Площадь коллекторного перехода S_c, мкм  мкм a_с b_с = 6  10 = 60

12. Время жизни неосновных носителей в эмиттере, мкс  _e:= 20

13. Время жизни неосновных носителей в базе, мкс  _b = 200

14. Время жизни неосновных носителей в коллекторе, мкс  _c = 1000

Во всех вариантах: N_c⁺ = 10¹⁹ ,  _c = 1000;.

Диффузанты: эмиттер, коллектор — Р; база — В; n⁺- коллектор — As.

Концентрация примеси в подложке N_s = 10¹⁵см^-3

1. Структура и топология прибора

2. Примесный профиль

Распределение акцепторов в базе имеет вид:

. (1)

В точке : . Отсюда:

= = 0,278 мкм.

Распределение доноров в эмиттере имеет вид:

. (2)

В точке : , т.е.

. Отсюда:

= 0,127 мкм

Построить в полулогарифмическом масштабе результирующий примесный профиль (рис.3).

.

Эмиттер: Из (1), (2):

. (3)

База: Из (1), (2):

. (4)

Эффективная концентрация примеси в эмиттере [3]:

. Для фосфора см^-3.

Показать эту функцию на рис. 3 (почти во всем эмиттере ).

Градиенты концентрации результирующей примеси в плоскостях технологических переходов составляют:

= 6,43.10²³ +1,25.10²³ = — 5,18.10²³ см^-4.

=

= = 1,42.10²² см^-4.

3. Расчет р-п переходов, толщины слоев и граничных концентраций примеси

Обычно р-п переходы в интегральных транзисторах близки к линейным.

В эмиттерном переходе [3]:

; (5) , (6)

— контактная разность потенциалов, — равновесная ширина перехода.

Уравнения (5) и (6) решаются методом итераций:

0,98 В; 0,054 мкм.

В коллекторном переходе:

, (7) , (8)

Уравнения (7) и (8) решаются методом итераций:

0,85 В; 0,17 мкм.

В заданном режиме: 0,03 мкм; 0,25 мкм.

Границы р-п переходов и граничные концентрации примеси в рабочем режиме (отметить на рис. 3):

= 6,2.10¹⁷ см^-3.

= 3,83.10¹⁷ см^-3.

Среднюю концентрацию примеси в базе можно определить из рис. 3, разбив базу на n равных частей (n = 3...4). 410¹⁷ см^-3.

Толщина базы: = 0,16 мкм.

Толщина эмиттера: = 0,25 - 0,015 = 0,24 мкм.