電子器件課程設(shè)計

電子器件課程設(shè)計報告——雙極型晶體管設(shè)計一、課程設(shè)計任務(wù)及目的：《微電子器件根底》是作者在十余年講授《微電子器件根底》課程的根底上總結(jié)、修訂，補充而編寫的，是作者多年授課閱歷和從事相關(guān)科研工作成果的總結(jié)。書中重點介紹PN結(jié)二極管、結(jié)型晶體管和MOS場效應晶體管這三種根底微電子器件的工作原理和根本特還簡要介紹了一些代表性的其他器件如特別二極管件和電荷耦合器件等。在生疏晶體管根本理論和制造工藝的根底上要1、選定圖形構(gòu)造；3、確定縱向構(gòu)造參數(shù)；4、確定橫向構(gòu)造參數(shù)；5、驗算參數(shù)是否滿足要求；6、確定器件構(gòu)造及工藝幅員。主要要求是依據(jù)給定的晶體管電學參數(shù)的設(shè)計指標的縱、橫向構(gòu)造參數(shù)設(shè)計，制定實施工藝方案，并對各參數(shù)進展檢測等,通過完整的設(shè)計計算過程,我們可以更深入地把握晶體管的根本原理及生產(chǎn)工藝流程。二、設(shè)計要求：所要設(shè)計的雙極型晶體管的主要參數(shù)如下：(mW)(V)(mA)(mA)(MHz)(μA)(ns)(ns)100030200400/2030010PCPCICfTICBOtontof構(gòu)參數(shù)之間的相互關(guān)系，雙極晶體管的電學參數(shù)可分為直流參數(shù)大類，如下所示：1、直流參數(shù)反向電流Iebo,Icbo,Iceo主要與壽命，空間電荷區(qū)寬度有關(guān)飽和壓降Vces：主要與r和r有關(guān)b csVbe：主要由rb電流增益β(α)：主要與W，Nb B2、溝通參數(shù)

,N有關(guān)E輸入、輸出電容C特征頻率fT

，還與A

、

和打算rb

ec e、b C d功率增益Kp：主要由fT，CCrb打算。ton,toff：主要與Ae

,A 基區(qū)和集電區(qū)少子壽命c ,和集電區(qū)厚度W打算；C噪聲系數(shù)NF

：主要由rf打算b T3、極限參數(shù)擊穿電壓BVebo,BVcbo,BVceo：BV 和BV 主要由N、CEO CBO CWXC

BVEBO

主要由放射結(jié)邊界的基區(qū)外表濃度打算。E最大電流ICM:LE

、集電區(qū)雜質(zhì)濃度N 有C關(guān)，或與WB

、N有關(guān)。B最大耗散功率PCM:主要與熱電阻R有關(guān)T二次擊穿功率PSBRTTjm四、晶體管的縱向參數(shù)設(shè)計：雙極晶體管是由放射結(jié)和集電結(jié)兩個PN結(jié)組成的，晶體管的縱向構(gòu)造就是指在垂直于兩個PN結(jié)面上的構(gòu)造。因此，縱向構(gòu)造設(shè)計的任務(wù)有兩個：首先是選取縱向尺寸，即打算襯底厚度W、集電區(qū)tW

、基區(qū)厚度W、集中結(jié)深X 和X等；其次是確定縱向C B je jcNCN 、外表濃度N N 以及基區(qū)雜質(zhì)濃度分布N

()等，并將上sub ES, BS B述參數(shù)轉(zhuǎn)換成生產(chǎn)中的工藝掌握參數(shù)。1擊穿電壓主要由集電區(qū)電阻率打算，即集電區(qū)雜志濃度由擊穿電壓打算，在滿足擊穿電壓要求的前提下V時，集電結(jié)可用突變結(jié)近似。Si器件擊穿電壓為VB

610

N 3,由此可得集電區(qū)雜質(zhì)濃度為

N C

61013 3BVCBO

61013 4〔 )3n1BVCEO帶入上式可得 =2.52*，一般的晶體管各區(qū)的濃度要滿足 ,?。?，即各區(qū)的雜質(zhì)濃度為：2.52*, 2.52*由少子遷移率與雜質(zhì)濃度的關(guān)系圖〔如右〕可知,,,,2、集電區(qū)厚度的計算〔1〕集電區(qū)厚度的最小值集電區(qū)厚度的最小值由擊穿電壓打算。通常為了滿足擊穿電壓的要求，集電區(qū)厚度WC必需大于擊穿電壓時的耗盡層寬度，即WCXmB〔XmB是集電區(qū)臨界擊穿時的耗盡層寬度。對于高壓器件，在擊穿電壓四周，集電結(jié)可用突變結(jié)耗盡層近似，因而W X

2[ 0 S

BVCBO

1= =1.247umC mB qNC即集電區(qū)厚度最小值為1.2472)集電區(qū)厚度的最大值WC的最大值受串聯(lián)電阻rcsrcs增加，飽和壓降VCES增大。3、基區(qū)寬度的計算基區(qū)寬度的最大值，因此低頻器件的基區(qū)寬度最大值由1時，電流放大系數(shù)B1[W2]B L2nb

，設(shè)計過程中取4。由公式求得基區(qū)寬度的最大值為：=8.24um要求愈高，則基區(qū)寬度愈窄。因此，在滿足要求的前提下，可以將基區(qū)寬度選的寬一些，使電流在傳輸過程中漸漸分散開，以提高二次擊穿耐量。基區(qū)寬度的最小值為了保證器件正常工作，在正常工作電壓下基區(qū)確定不能穿通。因此，對于高耐壓器件，基區(qū)寬度的最小值由基區(qū)穿通電壓打算。對層寬度為2X [ 0

N 1D BV ]2mB qNA

N ND

CBO將數(shù)據(jù)代入其中求得0.119um則由上述計算可知基區(qū)寬度的范圍為：0.119um<<8.24um4、集中結(jié)結(jié)深的計算：擊穿電壓隨結(jié)深變淺而降低，因而為了提高擊穿電壓，要求集中結(jié)深一些。同時，當放射極條寬SeXj條件時，集中結(jié)面可近似當做平面結(jié)。但當Se隨著特征頻率fT的提高，基區(qū)寬度Wb變窄而減小到不滿足SeXj條件時，放射結(jié)變?yōu)樾D(zhuǎn)橢圓面，當se與Xj接近時，有效特征頻率為 f

3 f (W )Teff

2 1 T B0 0式中0

X WB

。因此，XjcWB

愈大，有效特征頻率愈低。由于基區(qū)積存電Xje 1,WB

Xjc 2WB故放射結(jié)結(jié)深為集電結(jié)結(jié)深為5、雜質(zhì)外表濃度在縱向構(gòu)造尺寸選定的狀況下，放射區(qū)和基區(qū)外表雜志濃度及和基區(qū)電阻Rb。減小基區(qū)電阻Rb要求提高基區(qū)平均雜質(zhì)濃度Nb和外表濃度NBS應。提高放射效率則要求減小RseRse

，增大放射區(qū)和基區(qū)濃度差異。為sbES區(qū)外表濃度相差兩個數(shù)量級以上即N 102,一般選取N=5102cm-3ESESNBS左右，結(jié)較深時，也可選取到1121c-3。6、芯片厚度和質(zhì)量芯片的厚度等于外延層厚度和襯底厚度之和集電結(jié)結(jié)深、集電區(qū)厚度、襯底反集中層深度打算。外延層的質(zhì)量指300um以上，但最終都要減薄到150~200um。五、晶體管的橫向參數(shù)設(shè)計LE由于存在電流集邊效應，使放射極有效條寬受到限制，但在有效2SeffIeo由集電極最大電流ICM即可確定放射極的總周長為LE

I CMIeo在設(shè)計過程中,Ieo往往按閱歷數(shù)據(jù)來進展選取Ieo愈小，由設(shè)計要求可知，=300MHz,依據(jù)閱歷可知，Ieo=0.8~1.6A/cm；故LE

I CMIeo

0.2 cm0.125cm1.62、單元放射極條寬Se由于電流集邊效應，器件的電流容量并不隨放射極面積的增加而增大，因而，從提高圖形優(yōu)值動身寬2Seff，但是，對于高頻功率管，由于基區(qū)寬度較窄，基區(qū)薄層電se2seff使器件成品率下降。因此，在圖形優(yōu)值要求不是特別高則引線孔尺寸為由光刻精度打算的最小尺寸尺寸加上套刻間距。3、延長電極延長電極是指延長到基區(qū)面積以外的SiO2膜上的金屬電極，其MOS電容與管殼電容一起超過集電結(jié)勢壘電容的一半時的功率增益就會產(chǎn)生顯著影響。因此，必需減小延長電極面積增加厚氧化層厚度，一般選取延長電極邊長為內(nèi)引線直徑的1.5~3倍。同時，為了使放射極電流分布均勻，并盡量縮短內(nèi)引線長度，以引線條數(shù)。4、基區(qū)和放射區(qū)而積放射區(qū)面積取基區(qū)面積取

=10*10=100=30*20=600六、晶體管的熱學設(shè)計１、晶體管的散熱—熱傳導方式晶體管最大耗散功率取決于最高結(jié)溫順熱阻〔Tjm－TA)/Pcm=ΣRTi打算, Tjm：最高結(jié)溫，由半導體材料打算.Si：Tjm=150~200oCGe：Tjm=85~125oCTA：管殼溫度，選擇適宜的管殼，具有良好的導熱性及絕緣性能。Pcm：最大耗散功率，設(shè)計要求為PC=1000(mW)Pcm=PD=P0/ηP0：輸出功率，η：工作效率２、熱量分布均勻化集中，可能導致局部擊穿及二次擊穿。因此，應使產(chǎn)生熱量在整個芯片面積上均勻分布和準時散發(fā)。３、材料熱匹配形成晶體管的各種材料〔〕應具有良好的熱匹配，選擇熱膨脹系數(shù)相差盡可能小的各種材料，或增加過渡層材料，避開熱應力使管芯裂開。1清洗→氧化→光〔光刻基區(qū)→硼預集中→硼再集中〔基區(qū)集中〕→去氧化膜→氧化工藝→光刻〔光刻放射區(qū)〕〕〔光刻接觸孔〔光刻接觸電極〕→參數(shù)檢測2、晶體管的構(gòu)造本次課程設(shè)計師我第一次做課程設(shè)計，遇到很大的問題，主要緣由是學習