Биполярные транзисторы

10 11 12 13 14 15 16

Московский государственный институт электроники и математики

(Технический университет)

Кафедра электроники и электротехники

Рябов Никита Иванович

МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ К ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОГО ПРОЕКТА ПО ДИСЦИПЛИНЕ

“ ЭЛЕКТРОНИКА И ЭЛЕКТРОТЕХНИКА ”

Москва 2007

Содержание

1. Элементы ПИМС......................................................................................................... 3

1.1. Биполярные транзисторы................................................................................ 3

1.2. Диоды................................................................................................................ 7

1.3. Резисторы.......................................................................................................... 8

1.4. МДП транзисторы.......................................................................................... 13

1.5. Приборы и ИС на арсениде галлия.............................................................. 19

2. Логические схемы...................................................................................................... 25

2.1. Общие сведения............................................................................................. 25

2.2. Транзисторно - транзисторные логические схемы (ТТЛ).......................... 31

2.3. КМОП............................................................................................................. 34

3. Расчет схем в программе PSpice............................................................................... 39

3.1. Краткие сведения........................................................................................... 39

3.2. Примеры расчетов......................................................................................... 50

3.3. Графический процессор PROBE.................................................................. 56

Литература...................................................................................................................... 59

Элементы ПИМС

Биполярные транзисторы

Типичные конструкции маломощных планарных биполярных транзисторов (при величине минимального размера Dmin=3мкм) показаны на рис.1 и рис.2. Вертикальная структура транзистора (рис. 1) характеризуется более высокими усилительными параметрами и быстродействием по сравнению с горизонтальной. Однако реализовать вертикальную конструкцию p-n-p транзистора совместно с n-p-n транзистором технологически сложно.

Далее мы рассмотрим методику конструирования и расчета дрейфового планарного n-p-n транзистора. Исходными данными являются параметры отработанного технологического процесса изготовления ПИМС и электрофизические параметры используемых материалов.

Таблица 1. Исходные данные - физические константы, параметры полупроводника и диффузионных слоев

Параметр	Описание
x_jк =1…3	Глубина залегания p-n перехода база-коллектор, мкм
x_jэ =0.5…2.5	Глубина залегания эмиттерного p-n перехода, мкм
w_Б = x_jк - x_jэ	Толщина активной базы, мкм
w_эпи =5…12	Толщина эпитаксиального слоя, мкм
x_jn =5…15	Толщина скрытого n⁺ слоя, мкм
N_ДЭ (0)=(2…10)×10²⁰	Концентрация донорной примеси в эмиттерной области: на поверхности, см^-3
N_ДЭ (x_jэ)=(1…10)×10¹⁷	Концентрация донорной примеси в эмиттерной области: у эмиттерного перехода, см^-3
N_АБ (0)=(5…10)×10¹⁸	Поверхностная концентрация акцепторов в базе, см^-3
N_ДК (0)=(0.5…10)×10¹⁶	Концентрация донорной примеси в эпитаксиальной пленке коллектора, см^-3
r_эпи =0.1…1	Удельное объемное сопротивление коллекторной области, Ом×см
r_БА =(1…10)×10³	Удельное поверхностное сопротивление активной области базы (под эмиттером), Ом/□
r_БП =100…300	Удельное поверхностное сопротивление пассивной области базы (вне эмиттера), Ом/□
L _p_Э»5	Диффузионная длина дырок в эмиттере, мкм
L _n_Б»5	Диффузионная длина электронов в базе, мкм
L _p_К»5	Диффузионная длина дырок в коллекторе, мкм
D _p_Э	Коэффициент диффузии дырок в эмиттере, см²/с
D _n_Б	Коэффициент диффузии электронов в базе, см²/с
D _p_К	Коэффициент диффузии дырок в коллекторе, см²/с
n_i =1.5×10¹⁰ (Si) n_i =1.5×10⁶ (GaAs)	Концентрация носителей зарядов в собственном полупроводнике, см^-3
e=12 (Si), e=3.8 (SiO₂), e=11 (GaAs)	Относительная диэлектрическая проницаемость полупроводника, диэлектрика
q =1.6×10^-19	заряд электрона, Кл
m_n ≈800...1400 (Si)	Подвижность электронов, см²/(В×с)
m_p ≈400...700 (Si)	Подвижность дырок, см²/(В×с)

Связь коэффициента диффузии и подвижности:

D = j_T × m, j_T =0.025 В.

Рис 1. Конструкция и условное обозначение биполярного n-p-n транзистора. Минимальный топологический размер 3 мкм.

Рис 2. Конструкция и условное обозначение биполярного p-n-p транзистора. Минимальный топологический размер 3 мкм.

Последующий расчет схем будет делаться с помощью программы PSpice. В данной программе используются 2 модели биполярного транзистора: модель Гуммеля-Пуна и передаточную модель Эберса-Молла, которой мы и воспользуемся.