double arrow

Расчет параметров элементов


 

Расчет биполярного транзистора с применением ЭВМ

По литературному источнику определяем основные электрические параметры и эксплуатационные данные на заданный транзистор (КТ315Б).

Таблица 3: Основные электрические параметры и эксплуатационные данные на заданный транзистор

 

Тип транзистора Струк тура   Интервал рабочих темпера тур
КТ315Б n-p-n 100 20 100 15 40 15 -60…+85

 

Используя ЭВМ и данные, полученные из справочной литературы, определяем нужные нам характеристики интегрального биполярного транзистора.

Исходные и корректируемые данные:

1.Значение тока коллектора =100 мА.

2.Напряжение коллектор-эмиттер =20В.

3.Длина эмиттера =0,005см.

4.Ширина эмиттера =0,005см.

5.Глубина области (эмиттер) =0,85*10-4 см.

6. Глубина области (активная база) =3*10-4 см.

7.Толщина эпитаксиальной пленки =10*10-4 см.

8.Концентрация донорной примеси на поверхности эмиттера = 3*1021 .

9. Концентрация акцепторной примеси на поверхности базы = 5*1017 .

10. = 5*1015 .

11.Температура окружающей среды 300 К.

Результаты расчета на ЭВМ:

1.Статический коэффициент передачи тока =46,7 .




2.Граничная частота усиления =107МГц.

3.Поверхностное сопротивление эмиттера =0,573 .

4.Поверхностное сопротивление коллектора Pпов k =569 .

5.Поверхностное сопротивление пассивной базы =284 .

6.Поверхностное сопротивление активной базы =480 .

7.Сопротивление базы =28,5 Ом.

8.Сопротивление коллектора =60 Ом.

9.Пробивное напряжение перехода эмиттер-база =6,78 В.

10.Пробивное напряжение перехода коллектор-база =116 В.

11. =32 В.

12.Емкость перехода база-эмиттер =15 пФ.

13.Емкость перехода база-коллектор =0,26 пФ.

14.Время заряда емкости эмиттерного p-n перехода = с.

15.Время переноса носителей через активную базу транзистора = с.

16.Время пролета носителей заряда через ОПЗ коллекторного перехода = с.

17.Время заряда емкости коллекторного p-n перехода = с.

18.Удельная емкость = .

19. Удельная емкость =.

Остальные элементы (резисторы, конденсаторы) выполняются на основе областей биполярного транзистора. Выполним соответствующие расчеты.

Расчет резисторов:

Исходными данными для расчета геометрических размеров интегральных полупроводниковых резисторов являются: заданное в принципиальной электрической схеме номинальное значение сопротивления R и допуск на него , поверхностное сопротивление легированного слоя , на основе которого формируется резистор, среднее значение мощности

P и максимально допустимая удельная мощность рассеяния ( =8 для диффузионных и имплантированных резисторов ), основные технологические и конструктивные ограничения.

R1=1 кОм 15%

Так как данный резистор имеет сопротивление не более 10 кОм и не менее 1 кОм, то в качестве конструкции используем диффузионные резисторы на основе базовой области ( =480 ). Конфигурация данного резистора изображена на рисунке 4.



 

Рис.4. Конфигурация диффузионных резисторов R1

 

Минимальную ширину резистора, при которой обеспечивается заданная погрешность, определяют из выражения:

0,331, (4)

где Db и Dl - погрешности ширины и длины, обусловленные технологическими процессами. Для типовых процессов (Dl=Db=0.1 мкм).

0,35,       (5)

где - погрешность воспроизведения удельного поверхностного сопротивления, для типовых процессов его выбирают в пределах 0,05¸0,1.

Теперь найдем минимальную ширину резистора , определяемую из максимально допустимой мощности рассеяния

.                                 (6)

=7,3 мкм.

Для составления чертежа топологии необходимо выбрать шаг координатной сетки. Выбираем 1:500. Затем определяют промежуточное значение ширины резистора:

,             (7)

где - погрешность растравливания окон ( =0,2¸0,5 мкм);

- погрешность ухода диффузионного слоя под маскирующий окисел ( » 60% базового и 80% эмиттерного слоёв).

пром=7,3-2×(0,5+1,8)=2,7 мкм

Реальная ширина резистора на кристалле:

            (8)

где топ – топологическая ширина резистора.

Отсюда =9,6.

Расчётную длину резистора определяют по формуле:

               (9)

где n1 – число контактных площадок резистора (n=2);

k1 – поправочный коэффициент, определяемый по номограмме (k1=0,5).

Тогда имеем

=50,4 мкм.

Затем рассчитывают промежуточное значение длины:



     (10)

Реальная длина резистора на кристалле:

           (11)

Аналогично рассчитываем резисторы R1, R2, R3, R4, R5.

Таблица 4 : Расчет резисторов

 

Номин.,

кОм

Откл.,

%

Мощность,

Вт

,

Коэф.

формы

,

мкм

,

мкм

топ,

мкм

,

мкм

,

мкм

топ, мкм
R1 1

15

0,125

480

6,25

0,331

7,3

5

9,6

50,4

55

R2

1

15

0,125

480

18,75

0,3

3,4

5

9,6

168,4

173
R3

2

15

0,125

480

10,4

0,313

6,5

5

9,6

90,4

95
R4

2

15

0,125

480

15,6

0,3

6,1

5

9,6

150,4

155
R5

10

15

0,125

480

19,8

0,333

5,6

5

9,6

177,4

182
                                           

 

 

Расчет конденсатора:

Выбор конструкции конденсатора определяется значениями допустимого рабочего напряжения и номинальной емкости . Напряжение ограничено величиной напряжения пробоя p-n-перехода.

Напряжения пробоя p-n-перехода коллектор – база и эмиттер – база рассчитывались ранее при проектировании биполярного транзистора и имеют следующие значения: =116 В, =6,78 В. И то и другое пробивное напряжение обеспечивает заданное . Удельную емкость p-n-перехода коллектор – база и эмиттер – база при нулевом смещении на нем ( =0В, =0В) также рассчитывались при проектировании биполярного транзистора и имеют следующие значения: =9,69*10-9 Ф/см2, =1.06*10-7 Ф/см2. Таким образом целесообразно выбрать удельную емкость, которая в наилучшей степени обеспечивает площадь конденсатора, соизмеримую с площадью, занимаемой транзистором, то есть выбираем конденсаторы на основе p-n-перехода эмиттер – база.

Расчет удельной емкости боковой части p-n-перехода эмиттер – база затруднен, поэтому ее величина может быть принята равной . Удельная емкость боковой части p-n-перехода коллектор – база практически равна ее донной части .С целью минимизации размеров кристалла полупроводниковой ИМС принимаем топологию конденсатора квадратной формы со стороной А. Величина А для конденсатора на основе p-n-перехода эмиттер – база определяется из уравнения:

,

где = - удельная емкость донной части p-n перехода эмиттер-база;

= 1000 - удельная емкость боковой части p-n перехода эмиттер-база;

- глубина эмиттера;

– номинальная емкость заданного i-го конденсатора.

Таким образом, решая данное уравнение относительно А, получим размеры конденсаторов:

А=135 мкм – для конденсаторов С1 и С3.

А=158 мкм – для конденсатора С2. с целью уменьшения топологических размеров конденсатора используем параллельное включение двух p-n-переходов, осуществляемое с помощью металлических проводников. Таким образом имеем:

А=111мкм.


 








Сейчас читают про: