Биполярный транзистор БТ–3
Краткое сожержание материала:
Размещено на
Размещено на
Министерство науки и образования РФ
Новосибирский Государственный Технический Университет
Кафедра ПП и МЭ
Курсовая работа по твердотельной электронике
Биполярный транзистор БТ-3
Факультет: РЭФ Группа: РП4-91
Студент: Эрдынеев А.Б
Преподаватель: Макаров Е.А.
Новосибирск 2011
Исходные данные для проектирования
Эмиттерный слой
1. Концентрация доноров, см3 5*1020
2. Глубина залегания, мкм 1,5
3. Площадь эмиттера, мкм2 20
Базовый слой
4. Концентрация акцепторов, см-3 5?1018
5. Глубина залегания, мкм 2
6. Время жизни электронов, нс 200
7. Скорость поверхностной рекомбинации, см/с 1000
Эпитаксиальная пленка
8. Концентрация доноров, см-3 2?1016
9. Толщина пленки, мкм 3
10. Диффузионная длина дырок, мкм 0,05
Подложка
11. Концентрация акцепторов, см-3 2?1014
Скрытый слой
12. Поверхностная концентрация доноров, см-2 2*1014
13. Глубина залегания, мкм 1
Используемые константы
14. ?= 3,14
15. q = 1,6?10-19 Кл
16. Т = 300 К
17. kТ/q = 0,025
18. ??= 8,8510-14 Ф/см
Структура биполярного транзистора
Биполярный транзистор - это полупроводниковый прибор с двумя взаимодействующими выпрямляющими электрическими переходами и тремя (или более) выводами, усилительные свойства которого обусловлены явлениями инжекции и экстракции неосновных носителей заряда.
Область транзистора, расположенную между p-n переходами, называют базой. Примыкающие к базе области чаще всего делают неодинаковыми. Одну из областей изготавливают так, чтобы из нее наиболее эффективно происходила инжекция носителей в базу, а другую - так, чтобы соответствующий p-n переход наилучшим образом осуществлял экстракцию носителей из базы.
Биполярные транзисторы являются основными активными элементами биполярных ИМС. Транзисторы n-p-n типа используются гораздо чаще, чем p-n-p, так как у n-p-n структуры проще обеспечить необходимые характеристики.
Планарно-эпитаксиальный транзистор со скрытым слоем и изоляцией p-n-перехода является наиболее широко распространённой разновидностью биполярного транзистора ИМС. Его физическая структура дана на рис. 1., а одномерное распределение легирующих примесей на рис. 2.
Рис. 1 Физическая структура n-p-n интегрального транзистора со скрытым слоем и изоляцией p-n переходов.
Исходным материалом служит кремниевая подложка p-типа с удельным сопротивлением порядка 5…20 Ом.см. Основные процессы, используемые для изготовления n-p-n транзисторов со скрытым слоем:
на поверхность подложки p-типа методом селективной диффузии создается скрытый слой n+-типа;
создается кремниевая пленка n-типа толщиной обычно 1-3 мкм;
проводится глубокая диффузия акцепторной примеси, обеспечивающая электрическую изоляцию этих элементов (этот процесс наиболее сложен);
выполняется диффузия донорной примеси для создания сильно легированной области n+-типа под коллекторным электродом;
диффузионным способом формируется база и эмиттер;
создаются контактные окна;
завершающими процессами являются металлизация, проводимая для получения токоведущих дорожек, и пассивирование.
Сюда входят классические процессы обработки кремния: фотолитография, диффузия и/или ионная имплантация, эпитаксия, высокотемпературная оксидирование, металлизация, отчистка поверхности, травление и нанесение из газовой фазы защитной пленки (пассивирование).
Взаимодействие между p-n-переходами будет существовать, если толщина области между переходами (толщина базы) будет много меньше диффузионной длины неосновных носителей заряда. В этом случае носители заряда, инжектированные через один из p-n-переходов при его смещении в прямом направлении, могут дойти до другого перехода, находящегося под обратным смещением, и изменить его ток. Таким образом, взаимодействие выпрямляющих электрических переходов биполярного транзистора проявляется в том, что ток одного из переходов может управлять током другого перехода.
Рис. 2 Распределение примесей в активной области транзистора
Каждый из переходов транзистора можно включить либо в прямом, либо в обратном направлении. В зависимости от этого различают три режима работы транзистора:
режим отсечки - оба электронно-дырочных перехода закрыты, при этом через транзистор обычно идет сравнительно небольшой ток;
режим насыщения - оба электронно-дырочных перехода открыты;
активный режим - один из электронно-дырочных переходов открыт, а другой закрыт.
В режиме отсечки и в режиме насыщения управление транзистором почти отсутствует. В активном режиме управление осуществляется наиболее эффективно, причем транзистор может выполнять функции активного элемента электрической схемы (усиление, генерирование, переключение, и т.п.).
Основные характеристики транзистора определяются в первую очередь процессами, происходящими в базе. В зависимости от распределения примесей в базе может существовать или отсутствовать электрическое поле. Если при отсутствии токов в базе существует электрическое поле, которое способствует движению неосновных носителей заряда от эмиттера к коллектору, то транзистор называют дрейфовым, если же поле в базе отсутствует - бездрейфовым.
Основные свойства транзистора определяются соотношениями токов и напряжений в различных его цепях и взаимным их влиянием друг на друга. Чтобы рассмотреть работу транзистора на постоянном токе, необходимо изучить стационарные потоки носителей в нем. Это дает возможность получить статические характеристики и параметры БП - соотношения между его постоянными токами и напряжениями.
Существенно снизить последовательное сопротивление коллектора удается, перейдя к конструкции транзистора типа n-p-n со скрытым слоем. Сопротивление rк пос. такого транзистора становится пренебрежимо малым, благодаря чему эти транзисторы используются в составе биполярных ИС.
Ниже представлен еще один вариант выполнения БТ, который также часто применяется в ИМС:
биполярный транзистор коллектор
Рис.3 Поперечное сечение типичного n-p-n -транзистора, входящего в состав ИС
Теоретически профили распределения примесей в активной области данного прибора описываются следующим графиком:
Рис.4. Профили распределения примесей под эмиттерным переходом
Топология биполярного транзистора
Основные процессы, используемые для изготовления n-p-n транзисторов со скрытым слоем:
на поверхность подложки p-типа методом селективной диффузии создается скрытый слой n+-типа;
создается кремниевая пленка n-типа толщиной 3 мкм;
проводится глубокая диффузия акцепторной примеси, обеспечивающая электрическую изоляцию этих элементов (этот процесс наиболее сложен);
выполняется диффузия донорной примеси для создания сильно легированной области n+-типа под коллекторным электродом;
диффузионным способом формируется база и эмиттер;
создаются контактные окна;
завершающими процессами являются металлизация, проводимая для получения токоведущих дорожек, и пассивирование.
Сюда входят классические процессы обработки кремния: фотолитография, диффузия и/или ионная имплантация, эпитаксия, высокотемпературная оксидирование, металлизация, отчистка поверхности, травление и нанесение из газовой фазы защитной пленки (пассивирование).
Цифрами обозначены следующие области:
1 - разделительная диффузия р+- кремния
2 - скрытый n+-слой
3 - коллектор (n+)
4 - металлизация коллекторного окна
5 - контактное окно коллектора
6 - база (р)
7 - эмиттер
8 - металлизация эмиттерного окна
9 - контактное окно эмиттера
10 - металлизация базового окна
11 - контактное окно базы
Рис.5 Топология биполярного транзистора
На рисунке 5 изображена топология биполярного транзистора:
Рассчитанные параметры транзистора
Нормальный коэффициент передачи 0,97
Инверсный коэффициент передачи 8,974*10-3
Коэффициент передачи в подложку 0,155
Начальный диффузионный ток эмиттерного перехода (A) 2,033*10-21
Начальный диффузионный ток коллекторного перехода (А)60411*10-21
Начальный диффузионный ток скрытого слоя (А) 5,632*10-11
Сопротивление базовой области (Ом) 435,321
ТАУ и электроника АВиМ
Стабилизатор напряжения. Логическую функция. Диод. Стабилитрон. Мостовой выпрямитель. Биполярный транзистор. Полевой транзистор. Схемы включения бипол...
Одиночные усилительные каскады на биполярных транзисторов
Биполярный транзистор — трёхэлектродный полупроводниковый прибор, один из типов транзистора. Электроды подключены к трём последовательно расположенным...
Самостоятельная нагрузка
Биполярный транзистор – трехэлектродный полупроводниковый прибор, один из типов транзистора. Электроды подключены к трём последовательно расположенным...
Решение контрольной работы по элементной базе радиоэлектронной аппаратуры
Биполярный транзистор ГТ310Б, его характеристика. Уравнение нагрузочной прямой по постоянному току. Определение H и G – параметров, величины эквивален...
Биполярный транзистор КТ3107
Технология изготовления биполярного транзистора КТ3107. Анализ процессов в биполярном транзисторе. Статистическая характеристика и эквивалентные схемы...