2	Расчёт параметров кремниевого интегрального биполярного транзистора.................................................................................................	2
2.1	Исходные данные. Задание.......................................................................	2,3
2.2	Структура и топология биполярного транзистора.................................	4
2.3	Малосигнальная эквивалентная схема и ее параметры.........................	11
2.4	Примесный профиль и его параметры.....................................................	13
2.5	Расчёт p-n-переходов, толщины слоёв и граничных концентраций примеси.......................................................................................................	16
2.6	Расчёт барьерных ёмкостей p-n-переходов.............................................	18
2.7	Расчет коэффициентов передачи эмиттерного и базового токов........	19
2.8	Расчет диффузионной емкости эмиттерного перехода..........................	21
2.9	Факультативное задание: Расчет параметров малосигнальной эквивалентной схемы..............................................................................	23
2.10	Факультативное задание: Расчет граничных частот в схемах ОБ, ОЭ и предельной частоты................................................................................	25
	Список использованных источников

2 Расчёт параметров кремниевого интегрального биполярного транзистора

2.1 Исходные данные. Задание

Исходные данные. Вариант №

1	технология изготовления БПТ: с боковой диэлектрической изоляцией.
2	глубина технологического перехода эмиттер-база xje, мкм	0.25
3	глубина технологического перехода коллектор-база xjc, мкм	0.5
4	толщина эпитаксиального коллектора hc, мкм	2
5	поверхностная концентрация эмиттерной примеси Nes, см-3	1020
6	поверхностная концентрация базовой примеси Nbs, см-3	7*1018
7	концентрация примеси в эпитаксиальном коллекторе Nc, см-3	1017
8	максимальная концентрация примеси в n+- коллекторе Nc+ , см-3	1019
9	толщина n+- коллектора hc+, мкм	2
10	площадь эмиттерного перехода aebe, мкм  мкм	44
11	площадь коллекторного перехода aсbс, мкм  мкм	610
12	Размер контактного окна, длина изолирующей области Δ, мкм	2
13	время жизни неосновных носителей в эмиттере e, мкс	30
14	время жизни неосновных носителей в базе b, мкс	200
15	время жизни неосновных носителей в коллекторе c, мкс	1000
16	Диффузанты: эмиттер, коллектор – Р; база – В; n+- коллектор – As.	-
17	Концентрация примеси в подложке Ns,, см-3	1015

Задание

1. Нарисовать масштабный эскиз биполярного транзистора и разработать топологический чертеж структуры.

2. Привести малосигнальную эквивалентную схему и объяснить смысл ее элементов.

3. При заданных исходных данных для В, мА ( 0,8 В) рассчитать:

- параметры примесного профиля

- параметры p-n переходов, толщины слоев и граничные концентрации примеси

- построить результирующее распределение примеси в одномерном вертикальном сечении эмиттера

- барьерные ёмкости p-n-переходов

- коэффициенты передачи эмиттерного и базового токов

- диффузионную емкость эмиттерного перехода

Факультативно:

4. Рассчитать параметры эквивалентной схемы п. 2.

5. Рассчитать граничные частоту в схемах ОБ, ОЭ и предельную частоту для режима: В, мА.

6. Рассчитать параметры эквивалентной схемы Эберса-Молла для большого сигнала.

7. Рассчитать напряжение Эрли.

2.2 Теоретическая часть

2.2.1 Структура и топология биполярного транзистора

Примерный вид сечения биполярного транзистора и его топологии в соответствии с принятыми обозначениями размеров показаны на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 – Примерный вид двухмерного сечения (a) и топологии (б) исследуемого биполярного транзистора

2.2.2 Технология изготовления биполярных транзисторов.

Процесс поэтапного формирования биполярного транзистора:

а) Высоколегированную эпитаксиально- планарную структуру термически окисляют при Т= 1150^оС в течение 20 мин (сухой О₂) + 60 мин (влажный О₂3)+ 20 мин (сухой О₂) комбинированной среды. При этом вырастает слой двуокиси кремния толщиной 0,72 мкм, достаточной для маскирования поверхности кремния от внедрения легирующих примесей и достаточной для пассивации р-n-перехода коллектор-база.

б) В слое двуокиси кремния с помощью фотолитографии вскрывают окно, через которое в две стадии формируют базовую область. 1 стадия. Диффузия бора из твердых планарных источников (ТПИ), устанавливаемых в кварцевой кассете параллельно друг другу. В качестве ТПИ использовался BN пиролитический. Технологический процесс проведен в режиме Т= 950^оС, время 30 мин. 2 стадия. Разгонка бора в режиме Т=1100^оС, время 10 мин (сухой О₂) + 50 мин (влажный О₂). При этом образуется область толщиной 2 ± 0,25 мкм с поверхностным сопротивлением (R_s) 150-300 Ом/□. В процессе диффузии бора в окислительной среде вырастает маскирующий слой толщиной 0,6 мкм. Далее с помощью фотолитографии в этом маскирующем окисле вскрывают окно, через которое формируют эмиттерную область.

в) Диффузию осуществляют из треххлористого фосфора РCl₃ в две стадии. 1 стадия. Загонка фосфора при Т=950^оС в течение 28-30 мин в инертной среде. 2 стадия. Разгонка фосфора при Т=900^оС в течение 8-10 мин в комбинированной среде сухого и влажного кислорода с параметрами: толщина SiO₂ ≈ 0,25 мкм, поверхностное сопротивление R_s = =6-9 Ом/□, толщина эмиттерной области 0,8-1,1 мкм.

г) В созданном маскирующем слое с помощью фотолитографии вскрывают контактные окна соответственно к базовой и эмиттерной областям для обеспечения контакта с металлизацией, которая создается посредством распыления в вакууме и имеет толщину 1,2-1,6 мкм.

д) Далее проводят вжигание металлизации при Т=460^оС в течение 10 мин в среде азота с целью обеспечения переходного сопротивления контактов. С целью снижения времени включения и выключения импульса тока в коллекторе транзистора пластины кремния со сформированными транзисторными структурами подвергают обработке потоком ионов фосфора на установке ионного легирования. Режим имплантации: энергия Е= 100 ± 20 кэВ, доза 100 ± 20 мкК/см². Энергия вводимых ионов фосфора определяет проникающую способность через суммарное маскирующее покрытие в базовую и эмиттерную области, а их доза определяет количество вводимых ионов и степень разупорядочения решетки кремния. В результате разупорядочения решетки кремния происходит уменьшение времени рассасывания с 200 до 20-30 нс с соответствующим уменьшением коэффициента усиления по току с 100-150 до 15-25, который восстанавливается при последующем отжиге. Отжиг образовавшихся дефектов имеет место при температуре 400^оС в среде Н₂. Благодаря этому достигается положительный эффект с применением имплантированного фосфора. Ни в процессе сборочных операций, ни в условиях эксплуатации кристаллы транзисторных структур не подвергаются большему воздействию температур, чем Т=400^оС.

2.2.3 Краткие теоретические сведения о биполярных транзисторах.

Устройство и принцип действия БТ

1). Биполярный транзистор — система двух взаимодействующих р-п переходов. Транзисторный эффект состоит в собирании коллектором неосновных носителей, инжектированных в базу из эмиттера.

2). В зависимости от полярности напряжений на р-п переходах существует 4 режима работы транзистора. Основной режим – нормальный . В этом режиме максимально проявляются усилительные свойства транзистора.

3). Усилительные свойства транзистора характеризуются коэффициентом передачи эмиттерного тока , где — коэффициент переноса, — эффективность эмиттера. из-за рекомбинации неосновных носителей в базе, из-за инжекции основных носителей из базы в эмиттер (где они — неосновные) и из-за тока рекомбинации в эмиттерном переходе.

4). Cпособы включения транзистора — ОЭ, ОБ и ОК. Усилительные свойства максимально проявляются при включении ОЭ.

Статические характеристики идеализированного транзистора

1). Статические характеристики идеализированного биполярного транзистора описываются уравнениями Эберса-Молла, в основе которых лежит разделение токов эмиттера и коллектора на инжектируемые и собираемые составляющие.

2). ВАХ идеализированного транзистора определяются четырьмя параметрами: , , , , связанных соотношением .

3). При включении ОБ вместо и удобно использовать параметры и , причем .

При включении ОЭ вместо , удобно использовать параметры и , а вместо , — и , причем .

4). В нормальном режиме при ток коллектора зависит только от входного тока (эмиттера или коллектора) и не зависит от выходного напряжения (база-коллектор или коллектор-эмиттер).

Для схемы ОБ: ; для схемы ОЭ: .

В схеме ОЭ неуправляемая составляющая коллекторного тока в раз больше, чем в схеме ОБ.

5. При включении ОЭ ток коллектора достигает значения при небольшом положительном напряжении (порядка 2 ).

6. Характеристики эквидистантны. Дифференциальное выходное сопротивление в нормальном режиме равно ∞. Транзистор – идеальный генератор тока.

Усилительные свойства биполярного транзистора

1). Коэффициент передачи эмиттерного тока равен произведению коэффициента переноса неосновных носителей через базу на эффективность эмиттера.

2). Коэффициент переноса определяется отношением времени пролета неосновных носителей через базу к времени их жизни в базе .

3). В сплавных транзисторах ; в планарных транзисторах .

4) При вычислении числа Гуммеля в вырожденном эмиттере следует использовать эффективную концентрацию примеси , значение которой намного меньше истинной.

Частотные и импульсные свойства коэффициентов передачи тока  и  (нормальный режим)

1). Частотная зависимость коэффициента передачи эмиттерного тока определяется соотношением , где , — время пролета неосновных носителей через базу.

2). Переходная характеристика коэффициента передачи эмиттерного тока определяется соотношением .

3) При включении транзистора по схеме ОЭ выигрыш в усилении тока равен проигрышу в быстродействии.

4). Накопление избыточных носителей в электронейтральных областях, которое обусловливает инерционность коэффициентов переноса, может быть учтено введением диффузионных емкостей эмиттера и коллектора.

5). При введении в эквивалентную схему транзистора диффузионных и барьерных емкостей коэффициенты передачи тока и следует считать независящими от частоты.