生長(zhǎng)結(jié)工藝的雙極型晶體管設(shè)計(jì)

1、 生長(zhǎng)結(jié)工藝的雙極型晶體管設(shè)計(jì)一、課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容本課程設(shè)計(jì)要求利用ISE軟件進(jìn)行生長(zhǎng)結(jié)工藝的雙極型晶體管設(shè)計(jì)。（1） 根據(jù)圖示在MDRAW中畫(huà)出邊界，并進(jìn)行均勻摻雜，其中E、B、C三個(gè)區(qū)域都是在Si上摻雜；（2） 其中Ne=5*1018 ，Nb=2*1017，Nc=4*1015 單位：/cm3 ；（3） 利用tecplot_ise畫(huà)出V(X)，E(X)，估計(jì)耗盡層寬度；（4） 設(shè) , 其中V(X) , E(X) , p(x) , n(x) ,及電流密度。（5） 利用，推導(dǎo)出和。二、課程設(shè)計(jì)的目的通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，了解和掌握本專(zhuān)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

2、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(zhuān)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(zhuān)業(yè)素質(zhì)。三 、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(huà)框，如下

3、圖所示：輸入如下數(shù)值：left：0 right：6.2 top：0 bottom：1 （2） 給晶體管加電極選中set/unset contacts按鈕，單擊ADD CONTACT彈出對(duì)話(huà)框。發(fā)射極：輸入Name：emitter，點(diǎn)擊OK，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊發(fā)射極的左邊界?；?極：點(diǎn)擊ADD Point，選中Exact Coordinates，加入點(diǎn)x=1，y=0和點(diǎn)x=1.2，y=0，再單擊ADD CONTACT彈出對(duì)話(huà)框，輸入Name：base，點(diǎn)擊OK，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊基極的上邊界。集電極：再單擊ADD CONTACT彈出對(duì)話(huà)框，輸入Name：collector，點(diǎn)擊 OK，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊集電極的上邊界。

4、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(huà)框，如下圖所示：輸入如下數(shù)據(jù)： profile name：Ne concentration=5e+18，species：As X0:0 Y0:0 X1:1 Y1:1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：Nb concentration=2e+17，species：B X0:1 Y0:0 X1:1.2 Y1:1集電區(qū)輸入 profile name：Nc concentration=4e

5、+15，species：As X0:1.2 Y0:0 X1:6.2 Y1:1（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(huà)框：輸入如下數(shù)據(jù)： X0:0 Y0:0 X1:6.2 Y1:1 Max Element Width: 0.1 Max Element Height: 0.1 Min 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（6） 保存文件：點(diǎn)擊FileSave All ，

6、保存成文件名npn。2、編寫(xiě)程序桌面右鍵點(diǎn)擊New terminal鍵入gedit npn_des.cmd編寫(xiě)程序如下：File * Input FilesGrid = "npn_mdr.grd"Doping = "npn_mdr.dat"* Output FilesPlot = "npn_des.dat" Current = "npn_BJT_des.plt"Output = "npn_BJT.log"Electrode Name="emitter" Voltage=0.0

7、 Name="base" Voltage=0.3 Name="collector" Voltage=3.8 / 此時(shí)Vcb=3.5V,將Voltage=4.3V，再運(yùn)行一遍（Vcb=4V）。 Plot * Fields, Charges, etc Potential Electricfield/vector SpaceCharge eMobility hMobility eVelocity hVelocity * Doping profiles DonorConcentration AcceptorConcentration DopingConcentr

8、ation * Band Structure/Composition ConductionBand ValenceBand BandGap Affinity * Density, Current eDensity hDensity eCurrent/Vector hCurrent/Vector TotalCurrent/Vector * Recombination/Generation rates SRH Auger TotalRecombination * Driving Forces eQuasiFermi hQuasiFermi eGradQuasiFermi/vector hGradQ

9、uasiFermi/vector eEparallel hEparallelMath ExtrapolateNotDamped=100Iterations=20RelerrControlAvalDerivativesPhysics Mobility ( DopingDependenceHighFieldSaturation) Recombination ( Auger SRH(DopingDep)Solve PoissonCoupled Poisson Electron Hole Quasistationary (InitialStep=1e-3 Minstep=1e-8 MaxStep=0.

10、05Goal Name="base" Voltage=0.3 )Coupled Poisson Electron Hole Poisson Coupled Poisson Electron Hole Quasistationary (InitialStep=1e-3 Minstep=1e-8 MaxStep=0.05Increment=1.2Goal Name="collector" Voltage=3.8 / 此時(shí)Vcb=3.5V,將Voltage=4.3V，再運(yùn)行一遍（Vcb=4V）。 )Coupled Poisson Electron Hole 保

11、存文件后運(yùn)行文件，在New Terminal下輸入dessis npn_des.cmd，運(yùn)行文件。3、運(yùn)行TECPLOT_ISE，觀察曲線在New Terminal下輸入tecplot_ise進(jìn)入軟件點(diǎn)擊Fileload調(diào)出文件npn_des.dat 和npn_mdr.grd點(diǎn)擊OK，顯示實(shí)驗(yàn)結(jié)果。點(diǎn)擊工具欄上的slicer選中y軸，設(shè)成常數(shù)為0.5.選中Y=0.5npn_des.dat ,點(diǎn)X，選X1。再選Electrostatic Potentia，點(diǎn)Y,此時(shí)出現(xiàn)V(X)曲線如下圖所示：選中Y=0.5npn_des.dat ,點(diǎn)X，選X1再選eDensity，點(diǎn)Y,此時(shí)出現(xiàn)n(X)曲線如下

12、圖所示：選中Y=0.5npn_des.dat ,點(diǎn)X，選X1再選hDensity，點(diǎn)Y,此時(shí)出現(xiàn)p(X)曲線如下圖所示：選中Y=0.5npn_des.dat,點(diǎn)X，選X1再選ElectricField，點(diǎn)Y,此時(shí)出現(xiàn)E(X)曲線如下圖所示：選中Y=0.5npn_des.dat ,點(diǎn)X，選X1再選TotalCurrent，點(diǎn)Y,此時(shí)出現(xiàn)電流密度曲線如下圖所示：4、估計(jì)耗盡層寬度仔細(xì)觀察電位曲線，如下圖：可以看出基區(qū)的中性區(qū)寬度為1.13-1.07=0.06um，發(fā)射結(jié)耗盡層寬度為1.07-0.987=0.083um，集電結(jié)耗盡層寬度為2.4-1.13=1.27um。（二）實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論（1）運(yùn)行文件后觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果： ， 由于放大系數(shù)過(guò)小，應(yīng)減小基區(qū)摻雜濃度來(lái)提高放大系數(shù)。（2）現(xiàn)將基區(qū)濃度改為：后，重新運(yùn)行程序，得到結(jié)果如下： ， 此時(shí)，符合晶體管的放大系數(shù)。由 , ，得（3）將加4V電壓時(shí)，觀察運(yùn)行結(jié)果： ，可見(jiàn)當(dāng)集電極電壓升高后，放大系數(shù)變大。這是因?yàn)榛鶇^(qū)摻雜濃度低，導(dǎo)致基區(qū)寬變效應(yīng)明顯，在集電極所加電壓增大后，基區(qū)變窄，導(dǎo)致雙極晶體管放大系數(shù)和集電結(jié)電流的明顯增