Реферат: Расчёт и проектирование маломощных биполярных транзисторов

СаратовскийГосударственный Технический

Университет

Кафедра «Электронные приборыи устройства»

Курсоваяработа

На тему:

«Расчёт и проектированиемаломощных биполярных транзисторов»

Выполнил: ст. Козачук В. М.

Проверил: доц. Торопчин В. И.

САРАТОВ 1999г.

Оглавление.

TOC o«1-3» h z Оглавление.… PAGEREF _Toc469756976 h 1

1. Введение… PAGEREF _Toc469756977 h 2

2. Цель задания… PAGEREF _Toc469756978 h 2

3. ОБЩАЯ ЧАСТЬ… PAGEREF _Toc469756979 h 2

3.1 Техническоезадание.… PAGEREF _Toc469756980 h 2

3.2 Параметры,выбранные самостоятельно.… PAGEREF _Toc469756981 h 2

3.3 Переченьиспользуемых обозначений… PAGEREF _Toc469756982 h 3

4. Выбор технологии изготовления транзистора… PAGEREF _Toc469756983 h 5

4.1 Сплавно-диффузионныетранзисторы.… PAGEREF _Toc469756984 h 5

4.2 Структурасплавно-диффузионного p-n-p… PAGEREF _Toc469756985 h 7

5. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ… PAGEREF _Toc469756986 h 8

5.1 Расчёттолщины базы и концентраций примесей.… PAGEREF _Toc469756987 h 8

5.2 Расчеткоэффициента передачи тока… PAGEREF _Toc469756988 h 11

5.3 Расчетемкостей и размеров переходов… PAGEREF _Toc469756989 h 11

5.4 Расчетсопротивлений ЭС и граничных частот… PAGEREF _Toc469756990 h 12

5.5 Расчетобратных токов коллектора… PAGEREF _Toc469756991 h 14

5.6 Расчетпараметров предельного режима и определение толщины элементов кристаллическойструктуры… PAGEREF _Toc469756992 h 15

5.7 Расчётэксплутационных параметров… PAGEREF _Toc469756993 h 15

6. Выбор корпуса транзистора… PAGEREF _Toc469756994 h 16

7. Обсуждение результатов… PAGEREF _Toc469756995 h 18

8. Выводы:… PAGEREF _Toc469756996 h 18

9. Список используемой литературы… PAGEREF _Toc469756997 h 20

1. Введение

Используемые физические свойства полупроводника известныи используются с конца 19 века. При изобретении радио А.С. Поповым был примененпорошковый когерер, в котором использовались нелинейные свойства зернистыхструктур. В 1923-1924 гг. Лосев О.В. обнаружил наличие отрицательногодифференциального сопротивления и явление люминесценции в точечных контактныхсопротивлениях карбида кремния. В 1940 году был изготовлен первый точечныйдиод. В 1948 году американский физик Дж. Бардии, а также И.Браштейн разработалии изготовили точечно-контактный транзистор, в 1952 г. впервые были созданыпромышленные образцы плоскостных транзисторов. В 1956 г. началось производствотранзисторов с базой, полученной методом диффузии. В начале 60-х годов былаприменена планарная технология изготовления транзисторов. В настоящее время рабочиечастоты транзисторов достигают 50 ГГц.По уровню рассеиваемой мощности транзисторы делятся на маломощные, средней ибольшой мощности.

2. Цель задания

Задачей выполнения курсового проекта являетсяразработка маломощного биполярного транзистора в диапазоне, средних и высокихчастот.

Целью работынад проектом является приобретение навыков решения инженерных задач созданиядискретных полупроводниковых приборов, углубление знаний процессов и конструктивнотехнологических особенностей биполярных маломощных транзисторов.

3. ОБЩАЯ ЧАСТЬ Техническое задание.

Техническое задание содержит требования к параметрам иусловиям эксплуатации практикуемого прибора. В данном случае наиболеесущественны следующие параметры:

1.

Iк ном=9мА.

2.

Uк ном=13В

3.

fa=90МГц

4.

Рк мах=60мВт

5.

Uк мах=18В

6.

Iк мах=12мА

7.

кмах=74°С

8.

β=65 Параметры, выбранные самостоятельно.

1.

τср=5мкс

2.

3.

p-n-p

4.

к=2пФ

5.

F Х1=1,3

6.

Nб Х2=500

7.

NОЭ/ Nб=3

8.

hдс= мкм

9.

Sрек= слус Перечень используемых обозначений

Ak — площадь коллектора;

Аэ — площадь эмитера;

a- градиент концентрации примесей;

<img src="/cache/referats/7970/image002.gif" v:shapes="_x0000_i1025"> — отношениеподвижностей электронов и дырок;

Сз.кзарядная (барьерная) емкость коллекторного перехода;

Сд.э — диффузионная емкость эмитерного перехода;

Сз.э — зарядная (барьерная) емкость эмитерного перехода;

Дп,Др — коэффициенты диффузии электронов и дырок;

Днб,Доб — коэффициенты диффузии не основных и основных носителей в базе;

Днэ,Доэ — коэффициенты диффузии не основных и основных носителей вэмиттере;

Е— напряженность электрического поля;

D

e — ширина запрещенной зоны;

¦

— частота;

¦

a — граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с общей базой;

¦

Т»¦b — граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с общим эмитером;

¦

max — максимальная частота генерации;

hkp — толщина кристалла;

hэ,hk — глубина вплавления в кристалл эмитера и коллектора;

Ln,Lp — средние диффузионные длины электронов и дырок;

Lнб,Lнэ средние диффузионные длины не основных носителей в базе иэмитере;

Nб, Nk, Nэ —концентрации примесей в базе, коллекторе и эмитере сплавного транзистора;

Nб(х) — концентрацияпримеси, формирующей проводимость базы дрейфового транзистора;

Nэ(x) — концентрацияпримеси, формирующей проводимость эмиттера дрейфового транзистора;

ni — равновесная концентрация электронов в собственном полупроводнике;

nn,np — равновесные концентрации электронов в полупроводниках n — типа и p — типа;

Р — мощность,рассеиваемая в коллекторе;

Pkmax — предельно допустимая мощность, рассеиваемая в коллекторе;

Рэ — периметр эмитера;

Рn,Рp — равновесные концентрации дырок в полупроводниках n -типа и p — типа;

Rб,Rэ, Rк — радиусы электродов базы, коллектора, эмитера;

Rm, — тепловое сопротивление;

rб — эквивалентное сопротивление базы;

rб’,rб’’ — омическое и диффузное сопротивление базы;

rэ — сопротивление эмитера без учета эффекта Эрле;

rэ’ — сопротивление эмитера с учетом эффекта Эрле;

S— скорость поверхностной рекомбинации;

Т— абсолютная температура;

Тк— температура корпуса транзистора;

Тmax — максимально допустимая температура коллекторного перехода;

W- геометрическая толщина базы;

Wg— действующая толщина базы;

Uэб — напряжение эмитер-база;

Uкб — напряжение коллектор-база;

Ukpn — контактная разность потенциалов;

Uпроб — напряжение пробоя;

Uпрок — напряжение прокола транзистора;

Uк — напряжение коллекторного перехода;

Ukmax — максимально допустимое напряжение на коллекторе;

Iэ— ток эмитера;

Iб— ток базы;

Iко— обратный ток коллектора при разомкнутом эмиттере;

Ikmax — максимально допустимый ток коллектора;

Iген — ток термогенерации в области объемного заряда;

Iрек— ток рекомбинации;

a

— коэффициент передачи тока в схеме с общей базой;

a

о — низкочастотное значение a;

a

*— коэффициент усиления тока коллекторного перехода за счет не основных носителейзаряда;

b

—коэффициент передачи тока в схеме с общим эмитером;

g

—коэффициент инжекции эмитера;

бк— толщина коллекторного перехода;

e

— относительнаядиэлектирическая проницаемость;

c

о– коэффициент переноса не основных носителей заряда через область базы;

m

э,mб– подвижности электронов и дырок;

m

нб,mоб– подвижности не основных и основных носителей заряда в базе;

m

нэ,mоэ– подвижности не основных и основных носителей заряда в эмитере;

w

— круговая частота;

r

— удельное сопротивление полупроводника;

r

i — удельное сопротивление собственного полупроводника;

r

э,rб,rк — удельные сопротивления эмитера, базы, коллектора;

t

n,p– среднее время жизни электронов и дырок

tt

np– время пролета не основных носителей заряда через базу;

t

n– среднее время жизни носителей заряда, обусловленное поверхностной рекомбинацией;

s

— удельная теплопроводность;4. Выбортехнологии изготовления транзистора

Основным элементом конструкции транзистораявляется кристалл, или транзисторная структура кристалла, которая представляетсобой полупроводниковую пластину со сформированными на ней эмиттерным (ЭП) иколлекторным (КП) переходами. Другими элементами конструкции являются корпус,кристаллодержатель, выводы.

В зависимости от технических требованийпредъявляемых к параметрам транзистора, применяются различные методыформирования транзисторной структуры. Низкочастотные транзисторыизготавливаются по сплавной технологии, высокочастотные – с обязательнымиспользованием процесса диффузии примесей. Основными разновидностями технологииизготовления высокочастотных транзисторов являются: диффузионная, планарная.Чисто диффузионная технология используется для изготовления транзисторов с

fα не превышающими 50-100 МГц, сплавно- и мезо- диффузионная –для диапазонов 50-100 МГц, соответственно, планарная–для fα=0,5-5ГГц.

Так как граничная частота

fα составляет 250 МГц, то дляизготовления выберем сплавно-диффузионную технологию.

4.1 Сплавно-диффузионные транзисторы.

При диффузионной технологии неоднородностьэмиттерной поверхности приводит к неоднородности толщины базовой области, чтоухудшает возможные частотные свойства транзистора. В сплавно-диффузионной технологиидиффузией формируется лишь базовая область а КП и ЭП формируются вплавлениемэмиттерной навески, под которой образуется рекристализационная зона. При этом вэмиттерную навеску вводится примесь, формирующая под эмиттером активныйдиффузионный слой базы. Коэффициент диффузии этой примеси должен значительнопревышать коэффициент диффузии примеси, формирующей эмиттер и ЭП врекристализационной зоне. Структура сплавно-диффузионного

p-n-pтранзистора изображена на рис.1.

На рис.2 приведены некоторые этапы получениясплавно-диффузионного транзистора. После получения исходной р- пластины

Ge,протравливают в ней лунку, углубляясь в исходную р- пластину (рис.2.1).травление лунок осуществляется методом фотолитографии. На окислённую пластинунаносят фоторезистивную плёнку, её освещают через маску ультрофиолетовымсветом. Экспонированные места фоторезиста поляризуются. Незаполимеризованныечасти фоторезиста смывают так, что он остаётся только на облучённых местах.Затем производят травление. После получения лунки проводят щдиффузию донарнойпримеси (рис.2.2) затем необходимо отшлифовать поверхность исходной пластины,т.о., чтобы диффузионный слой остался лишь в лунке. Диффузия донорной примеси приводит к образованиюбазового n-слоя (рис.2.3). С помощью электрохимического метода через маску вводят навескивплавляемого материала 1 и 4 (рис.2.4). Навеска 1 является эмиттерной,содержащая спал Ni+ Al+ In,а навеска 2- базовой.

Затем пластину помещают в печь и нагревают дотемпературы, близкой к температуре плавления германия (около 900˚С). Притакой темпиратуре сплавы не только переходят в жидкое состояние, но имеет местодиффузия примесей из жидкой фазы в прилежащую твёрдую фазу. При этом комплексныйхарактер сплава, находится в лунках, обеспечивает одновременное образованиедвух слоёв: базового и эмиттерного, благодаря резко коэффициентам диффузиидонарной и акцепторной примесей в германии: донарная примесь «обгоняет»акцепторную. Под эмиттерной навеской образуется р- область, которая являетсяэмиттером (рис.2.5). Затем получеснную структуру припаивают к кристаллодержателю.Он является выводом коллектора (рис.2.6).

4.2

транзистора

<img src="/cache/referats/7970/image004.gif" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1026">Рис.2.

Структурасплавно-диффузионного p-n-p транзистора.

1,3– выводы базы;

2– рекристаллизационная область – эмиттер;

n– размеры кристалла;

c,d – размеры лунки;

hкр– толщина кристалла;

Rэ,Rб – радиусы выводов эмиттера и базы;

5. ОСНОВНАЯЧАСТЬ

Расчёт сплавно-диффузионноготранзистора.

Задачи расчёта

В результатерасчёта должны быть определены электрофизические и геометрические параметрытранзисторной структуры, параметры эквивалентной Т-образной схемы транзисторапо переменному току, его эксплуатационные параметры. Часть электрофизических игеометрических параметров при расчёте задаётся исходя из соображений номенклатурногопорядка. В конце расчёта выбирается тип корпуса транзистора.

Витоге должны иметься все геометрические и электрофизические параметры, необходимыедля исполнения конструкторской и основной части технологической документации.Особенно это касается состава диффузантов, навесок и припоев.

5.1

Действующая толщина базыопределяется соотношением (1).

<img src="/cache/referats/7970/image006.gif" v:shapes="_x0000_i1026"> (1)

где tпр-время пролёта базы

tпр=<img src="/cache/referats/7970/image008.gif" v:shapes="_x0000_i1027"> (2)

где <img src="/cache/referats/7970/image010.gif" v:shapes="_x0000_i1028"> — коэффициент запасапо частоте f, <img src="/cache/referats/7970/image010.gif" v:shapes="_x0000_i1029">

<img src="/cache/referats/7970/image012.gif" v:shapes="_x0000_i1030"> сек.

Задавшисьвеличиной перепада концентраций примеси на границах базы х=200, выразим среднеезначение концентрации примеси на границах базы по формуле (3).

<img src="/cache/referats/7970/image014.gif" v:shapes="_x0000_i1031"> (3)

Таккак <img src="/cache/referats/7970/image016.gif" v:shapes="_x0000_i1032"> необходимоопределить концентрацию примеси, формирующей коллекторную область

Длянахождения концентрации базы NБиспользуем связь напряжения пробоя Uпроб с удельным сопротивлением коллектора ρк:

<img src="/cache/referats/7970/image020.gif" v:shapes="_x0000_i1034"> (5)

где <img src="/cache/referats/7970/image022.gif" v:shapes="_x0000_i1035"> <img src="/cache/referats/7970/image024.gif" v:shapes="_x0000_i1036"> (6)

Удельное сопротивлениеколлектора рассчитывается по формуле (7)

<img src="/cache/referats/7970/image028.gif" v:shapes="_x0000_i1038"> (7)

Для выбранного намитипа структуры транзистора (Ge,p-n-p)

B=5.2, n=0.61, l=1/6 /1/

x=0.8 (для дрейфовых транзисторов).Подставим численные значения в выражение (7), а затем в (5).

=0,9903 Ом*см

=12,748 В

По графикуизображенному на рис3.3.1 найдём величину концентрации No

Определим среднеезначение концентрации примеси NБ,формирующий проводимость базы с помощью соотношений (3) и (4)

По графику, на рис 3.4.1, найдёмсреднее значение подвижности не основных носителей заряда в базе <img src="/cache/referats/7970/image040.gif" v:shapes="_x0000_i1042">

Определим среднее значение коэффициентадиффузии в базе, воспользовавшись соотношением (8)

<img src="/cache/referats/7970/image044.gif" v:shapes="_x0000_i1044"> (8)

где <img src="/cache/referats/7970/image046.gif" v:shapes="_x0000_i1045">

<img src="/cache/referats/7970/image048.gif" v:shapes="_x0000_i1046"> (9)

<img src="/cache/referats/7970/image052.gif" v:shapes="_x0000_i1048"></spa

еще рефераты

Еще работы по радиоэлектронике

Реферат по радиоэлектронике

Диффузионные процессы в тонких слоях пленок при изготовление БИС методом толстопленочной технологии

29 Августа 2013

Реферат по радиоэлектронике

Радиотехническая система связи