2015-06-05
1389
Московский государственный институт электроники и математики
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 |
| xjк =1…3 | Глубина залегания p-n перехода база-коллектор, мкм |
| xjэ =0.5…2.5 | Глубина залегания эмиттерного p-n перехода, мкм |
| wБ = xjк - xjэ | Толщина активной базы, мкм |
| wэпи =5…12 | Толщина эпитаксиального слоя, мкм |
| xjn =5…15 | Толщина скрытого n+ слоя, мкм |
| NДЭ (0)=(2…10)×1020 | Концентрация донорной примеси в эмиттерной области: на поверхности, см-3 |
| NДЭ (xjэ)=(1…10)×1017 | Концентрация донорной примеси в эмиттерной области: у эмиттерного перехода, см-3 |
| NАБ (0)=(5…10)×1018 | Поверхностная концентрация акцепторов в базе, см-3 |
| NДК (0)=(0.5…10)×1016 | Концентрация донорной примеси в эпитаксиальной пленке коллектора, см-3 |
| rэпи =0.1…1 | Удельное объемное сопротивление коллекторной области, Ом×см |
| rБА =(1…10)×103 | Удельное поверхностное сопротивление активной области базы (под эмиттером), Ом/□ |
| rБП =100…300 | Удельное поверхностное сопротивление пассивной области базы (вне эмиттера), Ом/□ |
| L pЭ»5 | Диффузионная длина дырок в эмиттере, мкм |
| L nБ»5 | Диффузионная длина электронов в базе, мкм |
| L pК»5 | Диффузионная длина дырок в коллекторе, мкм |
| D pЭ | Коэффициент диффузии дырок в эмиттере, см2/с |
| D nБ | Коэффициент диффузии электронов в базе, см2/с |
| D pК | Коэффициент диффузии дырок в коллекторе, см2/с |
| ni =1.5×1010 (Si) ni =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 |
| mn ≈800...1400 (Si) | Подвижность электронов, см2/(В×с) |
| mp ≈400...700 (Si) | Подвижность дырок, см2/(В×с) |
Связь коэффициента диффузии и подвижности:
D = jT × m, jT =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.
Рис 3. Передаточная модель Эберса-Молла для n-p-n транзистора
