3.1. Цель работы

Освоить методику проектирования топологии биполярного транзистора (БПТ) по заданным параметрам и исследовать зависимость размеров, усиления, постоянных времени от рабочего тока и ключевых свойств.

3.2. Общие сведения

Конструкциям БПТ п/п ИМС свойственны следующие отличительные признаки, обуславливающие определенную специфику их проектирования:

– выводы от слоев структуры транзисторов микросхем находятся на поверхности кристалла;

– транзистор размещается в изолированном «кармане», отделенном от других элементов ИМС, как правило, p–n-переходом.

Первый отличительный признак накладывает ограничения на размещение выводов от слоев структуры БПТ, а другой обязывает выбирать такие решения, которые позволяли бы обеспечить требуемые свойства транзистора.

Размещение транзистора в «кармане» с изоляцией обуславливает появление дополнительной емкости коллектора БПТ на несущее основание (Скр), приводящей к снижению быстродействия, ведет к расходу части площади основания на разделительные зоны между элементами. Указанные отличительные признаки должны приниматься во внимание при выборе формы и расчете размеров БПТ.

Конструирование и расчет БПТ производится по следующим исходным данным:

– рабочий ток – I_p [ мА];

– допустимое сопротивление между коллектором и эмиттером в насыщенном состоянии – R_ке [ Ом];

– коэффициент передачи тока базы структуры (без учета влияния топологии) – В1;

– время переключения БПТ – Т_р [сек];

– каталог топологических конфигураций БПТ;

– удельные переходные сопротивления контактов к эмиттеру, базе, коллектору (R_ое, R_оb, R_oc);

– сопротивления квадратов слоев БПТ (R_kb1, R_kb2, R_kc1, R_kc2), где индекс 2 соответствует слоям, ограниченным p–n-переходами с двух сторон (сверху и снизу);

– плотность тока в эмиттере – I_o [А/см²];

– ширина p–n-перехода Woij при нулевом внешнем напряжении на p-n переходах эмиттер–база, коллектор–база, коллектор–основание, разделительная область–коллектор БПТ (eb, cb, cp, cr), см;

– напряжения U_ij на p–n-переходах (eb, cb, cp, cr) в типовом режиме применения, В;

– диффузионная длина неосновных носителей в базе – L_nb, cм;

– вариант структуры БПТ (эпитаксиальный коллекторный слой (ЭПСК), эпитаксиальный слой базы (ЭПСБ));

– сопротивление квадрата проводника соединений – R_p, Ом;

– толщины слоев структуры по металлургическим границам (X_e, X_c, X_p, X_r);

– технологические погрешности линейных размеров топологических фрагментов (d_л) и совмещения фрагментов (d_с) – cм;

– контактная разность потенциалов p–n-переходов (F_eb, F_cb, F_cp, F_cr);

– глубина проникновения электрического поля в п/п слой dP [см].

Из перечня исходных данных в расчетах и исследовании зависимостей в качестве изменяемых приняты параметры I_р, R_ke. Определяемыми являются параметры коэффициент передачи тока база с учётом влияния топологии В, Т_р, линейные габаритные размеры и габаритная площадь. Остальные исходные значения параметров перечня задаются в разных сочетаниях, образуя варианты заданий.

3.3. Задание на работу

3.3.1. По заданному варианту представить эскизы структуры, топологии БПТ, выполнить расчет размеров и определяемых параметров В, Т_р, R_ke.

3.3.2. Выполнить расчеты и корректировкy топологии БПТ для двух дополнительных значений тока I_р (I_pi =2I_p; 4I_p) или межэлектродного сопротивления R_ke (R_kei =2R_ke; 4R_ke)

3.3.3. Представить зависимости В = В(I_p), С_с = С_с(I_p), L_c = L_c (I_p), В_c = Вc (I_p), S_c = S_c (I_p), R_ke = R_ke(I_p) (или от межэлектродного сопротивления R_ke и зависимость I_p = I_p(R_ke) в случае выбора по заданному значению R_ke), где L_c, В_c – линейные габаритные размеры коллекторной зоны БПТ; S_с – габаритная площадь коллектора БПТ (с учетом половины зоны раздела смежных карманов других элементов); С_с – ёмкость коллектора на подложку; В – коэффициент усиления транзистора.

3.3.4. Объяснить полученные результаты.