器件與工藝課程設(shè)計(jì).docx

器件與工藝課程設(shè)計(jì)器件與工藝課程設(shè)計(jì) 題目：雙極型晶體管設(shè)計(jì)專業(yè)： 電子科學(xué)與技術(shù) 班級(jí)： XX級(jí)電子科X班 學(xué)號(hào)： XXXXXXXX 姓名： XXXXXX 組員： XXXX XXXX XXXX 指導(dǎo)老師： XXXXXX 目錄課程設(shè)計(jì)目標(biāo)21.1、設(shè)計(jì)目標(biāo)21.2、BJT介紹2課程設(shè)計(jì)流程32.1、以Si為介質(zhì)時(shí)的晶體管仿真32.2、編寫dessis程序6課程設(shè)計(jì)心得9參考文獻(xiàn)9 課程設(shè)計(jì)目標(biāo) 通過(guò)本課程（雙極型晶體管 設(shè)計(jì)）的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，了解和掌握本專業(yè)基本課程的前提下，在教師的指導(dǎo)下，結(jié)合具體設(shè)計(jì)內(nèi)容，掌握課程設(shè)計(jì)的完整過(guò)程和各個(gè)環(huán)節(jié)、基本方法和途徑，能夠根據(jù)相關(guān)資料或在教師輔導(dǎo)的前提下，利用所學(xué)理論完成預(yù)定題目的綜合性設(shè)計(jì)。鞏固和系統(tǒng)掌握電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的基本理論知識(shí)和各種現(xiàn)代設(shè)計(jì)工具， 通過(guò)多人共同完成一項(xiàng)設(shè)計(jì)任務(wù)使我們認(rèn)識(shí)到與人協(xié)作的重要性及協(xié)作技巧。提高我們理論聯(lián)系實(shí)際的能力、增強(qiáng)學(xué)以致用的思維意識(shí)，提高專業(yè)素質(zhì)。具體目標(biāo)：得到雙極晶體管的工作情況1） MDRAW工具設(shè)計(jì)一個(gè)雙極型晶體管（平面工藝）；2） 在MDRAW下對(duì)器件必要的位置進(jìn)行網(wǎng)格加密；3） 編輯*_des.cmd文件，并在終端下運(yùn)行此程序，其中集電極偏壓從0V掃到90V；4） 應(yīng)用INSPECT工具得出器件基極開(kāi)路時(shí)的Ic-Vc特性曲線。BJT簡(jiǎn)介：雙極結(jié)型晶體管（Bipolar Junction TransistorBJT）又稱為半導(dǎo)體三極管，它是通過(guò)一定的工藝將兩個(gè)PN結(jié)結(jié)合在一起的器件，有PNP和NPN兩種組合結(jié)構(gòu)；外部引出三個(gè)極：集電極，發(fā)射極和基極，集電極從集電區(qū)引出，發(fā)射極從發(fā)射區(qū)引出，基極從基區(qū)引出（基區(qū)在中間）；BJT有放大作用，重要依靠它的發(fā)射極電流能夠通過(guò)基區(qū)傳輸?shù)竭_(dá)集電區(qū)而實(shí)現(xiàn)的，為了保證這一傳輸過(guò)程，一方面要滿足內(nèi)部條件，即要求發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度要遠(yuǎn)大于基區(qū)雜質(zhì)濃度，同時(shí)基區(qū)厚度要很小，另一方面要滿足外部條件，即發(fā)射結(jié)要正向偏置（加正向電壓）、集電結(jié)要反偏置；BJT種類很多，按照頻率分，有高頻管，低頻管，按照功率分，有小、中、大功率管，按照半導(dǎo)體材料分，有硅管和鍺管等；其構(gòu)成的放大電路形式有：共發(fā)射極、共基極和共集電極放大電路。 課程設(shè)計(jì)的流程 一、以Si為介質(zhì)時(shí)的晶體管仿真1、桌面右鍵選中New Terminal鍵入mdraw進(jìn)入軟件（1）按照實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要求，畫(huà)出晶體管模型：將Exact Coordinates選中，點(diǎn)擊左上角ADD Rectangle，在面板上任意畫(huà)個(gè)矩形，此時(shí)彈出一個(gè)對(duì)話框，如下圖所示：輸入如下數(shù)值：left：-4 right：4 top：-0.7 bottom：1.3 同樣的方法畫(huà)出其他矩形。（2）給晶體管加電極選中set/unset contacts按鈕，單擊ADD CONTACT彈出對(duì)話框。發(fā)射極：輸入Name：e，點(diǎn)擊OK，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊發(fā)射極的左邊界。集電極：再單擊ADD CONTACT彈出對(duì)話框，輸入Name：c，點(diǎn)擊 OK，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊集電極的上邊界。所得圖形如下圖所示：（3）雜質(zhì)摻雜：點(diǎn)擊右下角Doping，再點(diǎn)擊左上角ADD Contact P，在晶體管 區(qū)域畫(huà)一個(gè)矩形，此時(shí)彈出一個(gè)對(duì)話框，如下圖所示：輸入如下數(shù)據(jù)： profile name：ee concentration=6.8e+18，species：P X0:0.5 Y0:-0.7 X1:0.5 Y1:-0.35點(diǎn)擊OK,此時(shí)已將發(fā)射區(qū)摻雜完畢，接下來(lái)重復(fù)上面步驟實(shí)現(xiàn)基區(qū)與集電區(qū)摻雜：基區(qū)輸入 profile name：bb concentration=6.8e+16，species：B X0:1.5 Y0:-0.7 X1:-1.5 Y1:0集電區(qū)輸入 profile name：cc concentration=6.8e+15，species：P X0:-3 Y0:-0.7 X1:3 Y1:0.7（4）構(gòu)建網(wǎng)格：點(diǎn)擊ADD Refinement,點(diǎn)擊Exact Coordinates,在晶體管區(qū)域畫(huà)一個(gè)矩形，此時(shí)彈出如下對(duì)話框：輸入如下數(shù)據(jù)： X0:-4 Y0:-0.7 X1:4 Y1:1.3Max ElementWidth: 0.1 Max Element Height: 0.1Min Element Width：0.01 Min Element Height：0.01點(diǎn)擊ADD ,選中第一項(xiàng)添加后，點(diǎn)擊OK.最后點(diǎn)擊菜單欄MeshBuild Mesh，構(gòu)建網(wǎng)格保存文件：點(diǎn)擊FileSave All ，保存成文件名npn。二、編寫程序桌面右鍵點(diǎn)擊New terminal鍵入gedit npn_des.cmdnpn_des.cmd的dessis程序如下Electrode Name=“e” Voltage=0.0 Name=“c” Voltage=0.0 File * Input Files Grid =“npn_mdr.grd” Doping =“npn_mdr.dat” * Output Files Plot = “npn_des.dat” Current = “npn_des.plt” Output = “ npn_des.log” Plot *Fields, Charges, etc Potential ElectricField SpaceCharge eMobility hMobility eVelocity hVelocity *Doping profiles DonorConcentration AcceptorConcentration DopingConcentration *Band Structure/Composition ConductionBand ValenceBand BandGap Affinity AvalancheGeneration eAvalancheGeneration hAvalancheGeneration xMoleFraction *Density, Current eDensity hDensity eCurrent hCurrent TotalCurrent *Recombination/Generation rates SRH Auger TotalRecombination *Driving Forces eQuasiFermi hQuasiFermi eGradQuasiFermi hGradQuasiFermi eEparallel hEparallelMath Extrapolate NotDamped=100 Iterations=20 RelerrControl AvalDerivatives Physics Mobility ( DopingDependence HighFieldSaturation ) Recombination ( Auger SRH(DopingDep) ) Solve * Initial Guess Coupled (Iterations=100) Poisson Coupled Poisson Electron Hole *ICVc Simulation *Initial base ramp Quasistationary ( MaxStep=0.5 Goal Name=c Voltage=90) Coupled Poisson Electron 保存文件后運(yùn)行文件，在New Terminal下輸入dessis npn_des.cmd，運(yùn)行文件。軟件運(yùn)行結(jié)束后，再在New Terminal下輸入inspect&，運(yùn)行軟件。以集電極電壓為橫坐標(biāo)，集電極電流為縱坐標(biāo)，就可以得到結(jié)果如下圖所示：通過(guò)截圖很容易發(fā)現(xiàn)BJT在集電極電壓為67.4V時(shí)被擊穿，電流迅速增加，本課程設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的雙極型晶體管為67.4V， 課程設(shè)計(jì)心得 通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)了解了更多的關(guān)于器件的知識(shí)，尤其是器件設(shè)計(jì)軟件的使用，使我對(duì)Red Hat Linux下的mdraw和inspect登相關(guān)軟件的使用有了更深入的了解。對(duì)命令行的使用也更加熟悉，在設(shè)計(jì)軟件方面，從剛開(kāi)始對(duì)這些軟件的陌生，到后來(lái)慢慢熟練，有了很大的進(jìn)步，小組的合作效果也有了明顯的提高，在設(shè)計(jì)器件的過(guò)程中不僅對(duì)本課程設(shè)計(jì)的知識(shí)有了更深刻的認(rèn)識(shí)，對(duì)半導(dǎo)體集成電路的設(shè)計(jì)制造和版圖的相關(guān)知識(shí)也有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，經(jīng)歷了幾個(gè)星期的學(xué)習(xí)和練習(xí)，我們大家相互配合，有了問(wèn)題大家一起探討，不會(huì)的地方及時(shí)向老師請(qǐng)教，