Выбор концентрации примеси в эпитаксиальном слое коллектора

Для расчёта определим следующие данные:

=100 - максимальное напряжение на коллекторном переходе, В;

- температура кристалла, К;

- ширина запрещенной зоны при температуре Tn, эВ;

- постоянная Больцмана, Дж/К;

- заряд электрона, Кл;

Концентрация доноров (фосфора) в эпитаксиальном высокоомном коллекторном слое рассчитывается по величине напряжения пробоя коллекторного перехода. Напряжение пробоя коллекторного перехода планарного транзистора выбирается большим величины из соотношения Коэффициент запаса 2,4 учитывает уменьшение напряжения пробоя в области боковой диффузии, на поверхности перехода коллектор-база и наличия дефектов в донной и боковых частях коллекторного перехода. Если такой запас неприемлем, то можно рассчитать напряжение пробоя по точным формулам или предусмотреть, например, делительные кольца, полевую обкладку, охранное кольцо. Для снижения напряжения пробоя по поверхности часто используют мезаструктуру. В мезаэпитаксиально-планарной структуре краевые цилиндрические и сферические участки устранены с помощью травления. Поэтому коллекторный переход имеет плоскую форму и характеризуется повышенным напряжением пробоя. При использовании мезаструктуры запас по напряжению пробоя можно взять меньшим, например .

Определим концентрацию примеси (фосфора) в эпитаксиальном слое по выбранному напряжению пробоя .

Концентрация примеси в эпитаксиальном слое определяет также его сопротивление. Сопротивление слоя коллектора определяет напряжение насыщения коллектор-эмиттер. Дальнейший расчёт может показать, что при полученной концентрации примеси падение напряжения на сопротивлении тела коллектора будет больше допустимого. В случае использования мезаструктуры для уменьшения сопротивления следует увеличить площадь коллектора. Если мезаструктура не используется, то можно уменьшить запас по напряжению пробоя, предусмотрев указанные выше меры повышения напряжения пробоя. Это позволит увеличить концентрацию примеси в эпитаксиальном слое коллектора и тем самым снизить его сопротивление. Другой вариант - увеличение площади коллектора.

Зададим концентрацию примеси в эпитаксиальном слое коллектора:

Концентрацию примеси в подложке выбираем из условия обеспечения невыпрямляющего контакта полупроводника с металлизацией вывода:

Для уменьшения эффекта обратной диффузии из подложки при выращивании эпитаксиального слоя в качестве примеси в подложке выбираем сурьму, обладающую низким коэффициентом диффузии. По концентрации и типу примеси выбираем для подложки марку кремния n-типа КЭ3Б.

По марке кремния определяем диффузионные длины электронов и дырок в подложке