Лабор №4 по Копейкину вар №8
.docxМИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РЯЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра САПР ВС
Лабораторная работа №4 «РАСЧЕТ П/П ИНТЕГРАЛЬНЫХ РЕЗИСТОРОВ И КОНДЕНСАТОРОВ»
Выполнил: Кызьюров В.А.
студент группы 045
Проверил: Копейкин Ю. А.
доцент кафедры САПР ВС
Рязань 2013
I. Расчет диффузионного конденсатора.
Исходные данные : емкость С и допуск С ; рабочее напряжение U; интервал рабочих температур; рабочая частота f, Гц; добротность Q.
Параметр |
|
емкость С, пФ |
80 |
допуск С, % |
20 |
рабочее напряжение U, В |
10 |
рабочая частота f, МГц |
5 |
добротность Q, |
10 |
Расчет диффузионного конденсатора
-
Необходимо выбрать конструкцию конденсатора исходя из емкости C и добротности Q.
Q=, где R-сопротивление обкладки.
Для БЭ – это сопротивление базы;
для БК – сопротивление коллектора.
R<=
Для R и предельной C выбираем по справочнику Матсона конструкцию на основе эммитерного перехода.
-
Определяем расчетные ширину и длину перехода исходя из емкости диффузионного конденсатора прямоугольной формы на основе обратно смещенного перехода.
С=Сдоп+Сбок=С0аb+Cоб(a+b)*Xj=600*3*2+1000(3+2)*0,4=5600 пФ
С0 и Соб удельные емкости донной и боковой частей p-n перехода;
а и b – ширина и длина p-n перехода;
Xj – глубина залегания перехода.
Соотношение слагаемых зависит от отношения a/b. Оптимальным является отношение a/b=1, при этом доля боковой емкости оказывается минимальной.
Величины С0 и Соб зависят от напряжения U на переходе, ОПЗ и концентрации примесей и определяются по справочнику.
Определяем арас и bрас из предыдущего выражения. Если для топологии ИМС требуется конденсатор прямоугольной формы, то один из размеров выбирается исходя из конструктивных соображений. Определяем a и b 2,8 и 1,9 мм соответственно.
Определяем размеры a и b конденсатора на маске.
Реальные размеры перехода будут увеличены за счет растравливания окон и боковой диффузии, поэтому
амас=aрас-2(трав+y)=2,8-2(0,05+0,05)=2.6
bмас=bрас-2(трав+y)=1,9-2(0,05+0,05)=1.7
За атоп и bтоп (топологические) принимаются размеры близкие к шагу координатной сетки (округление амас и bмас в большую сторону). Примем
атоп=2.6 мм
bтоп=1.7 мм
-
Реальные размеры перехода:
а=aтоп+2(трав+y)=2.6+2(0,05+0,05)=2,8;
b=bтоп+2(трав+y)=1.7+2(0,05+0,05)=1,9;
-
Расчитывается реальная емкость p-n перехода и С.
С’=C0ab+Cоб(a+b)*Xj=600*2,8*1,9+1000(2,8+1,9)*0,4=5072 пФ
С=C-C’=5600-5072= 528пФ.
Так как С меньше допустимого значения, то увеличивать длину или ширину перехода не надо.
Расчет МДП конденсатора.
При расчете МДП конденсатора выбирается площадь верхней обкладки и ее размеры a и b из соотношения:
C=C0*S=C0*(a*b).
где С0 удельная емкость.
С0 состоит из последовательно включенных удельных емкостей диэлектрика Сд и пространственного заряда в п/п Сп и определяется из соотношения
С0=.
Удельная емкость диэлектрика величина постоянная и определяет максимальную удельную емкость всей структуры и рассчитывается:
Cд==
где - диэлектрическая. проницаемость диэлектрика;
-толщина диэлектрика.
С0=.
s==15.4 мм2
Емкость области ОПЗ в поверхностном слое п/п зависит от приложенного к МДП – конденсатора напряжения.
Выбираем арасч=4.4 и bрасч=3.5.
амас=aрас-2(трав+y)=4.4-2(0,05+0,05)=4.2
bмас=bрас-2(трав+y)=3.5-2(0,05+0,05)=3.3
За атоп и bтоп (топологические) принимаются размеры близкие к шагу координатной сетки (округление амас и bмас в большую сторону). Примем
атоп=4.2 мм bтоп=3.3 мм
-
Реальные размеры перехода:
а=aтоп+2(трав+y)=4.2+2(0,05+0,05)=4.4;
b=bтоп+2(трав+y)=3.3+2(0,05+0,05)=3.5;
-
Расчитывается реальная емкость p-n перехода и С.
С’=C0ab+Cоб(a+b)*Xj=5.2*4.4*3.5+1.9*(4.4+3.5)*0,4=86.1 нФ
С=C’-C=86.1-80=6.1пФ
Так какС меньше допустимого значения, то увеличивать длину или ширину перехода не надо.
II. Расчет интегральных резисторов.
Исходные данные: сопротивление R и мощность P, погрешность сопротивления R/R.
Параметр |
|
сопротивление R, Ом |
50 |
мощность P, Вт |
0,1 |
погрешность сопротивления R/R |
15 |
-
Выбираем конструкцию резистора типа базовый слой. В соответствии с конструкцией выбирается глубина залегания слоя Х=0,05 мм.
-
Определяем удельное поверхностное сопротивление s. Для этого используются номограммы зависимости усредненной удельной проводимости диффузионного слоя , где N0- конц. Примесей в исходном материале.
, где - толщина резистивного слоя.
-
Определяется расчетная ширина резистивного слоя b:
bрасч >=max{bтехн,bточн,bр}, где bтехн- min ширина резистивного слоя, определяемая разрешающей способностью технолог. процесса (bтехн=10 мкм);
bточн- min ширина резистора, при которой обеспечивается заданная погрешность геометрических размеров;
bр-min ширина резистора, определяемая из max допустимой мощности рассеивания.
bрасч >=max{bтехн,bточн,bр}=max{10; 83,5; 66}>=83,5=85 мкм
Определяем топологическую ширину резистора исходя из следующих соображений:
а) в реальном резисторе ширина b будет увеличена на 2трав за счет растравливания окон в маскирующем окисле и на величину 2*y- погрешность за счет ухода диффузионного слоя под маскирующий окисел.
bпром=bрасч+2(трав+y)=85+2(0,5+60*50/100)=146 мкм.
трав=0,20,5 мкм для типовых технологических процессов;
y=60*X/100 (для базового слоя).
б) топологический чертеж изготавливается в определенной координатной сетке (возьмем шаг 0,005 мм), поэтому округл. до ближайшего целого значения сетки. Если bрасч=0,085 мм.
Определяем расчетную длину резистора:
Lрасч=b(R/-2*Kф.к)
Lрасч=b(R/-2*Kф.к)=85(50/2,2-2*0,33)=25*74,34=1876 мкм
Реальная длина резистора на кристалле:
lпром=lрасч+2(трав+y)=1876+2(0,5+60*50/100)=1937 мкм.
Проводят расчет сопротивления проектируемого резистора и его погрешность, используя реальные l и b. При необходимости увеличивают ширину или длину до значения, дающего приемлемую погрешность.
Для прямоугольных резисторов:
R=(l/b+2Kфк)=2.2*(1937/85+2*0,33)=51,6 Ом;