Размещено на http://www.allbest.ru/

Расчёт эпитаксиального планарного транзистора

• ПАТЕНТНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ПОИСК
• транзистор эпитаксиальный полупроводниковый
• Одним из точных способов отслеживания тенденции развития полупроводниковых технологий является проведение патентно-информационного поиска. Данный метод позволяет оценить текущее состояние рынка, изучить тенденции развития отрасли, а также проверить уникальность изобретений.
• Отслеживание продвижения развития изобретений (приборов) удобно путем подсчёта количества патентов по годам, а именно с 2003 по 2017 годы. Результаты представлены в таблице 1.1.
• Таблица 1.1 - Тенденция развития эпитаксиального планарного транзистора

Год	Количество результатов интеллектуальной деятельности	Суммарное количество
2003	3	3
2004	3	6
2005	2	8
2006	0	8
2007	2	10
2008	2	12
2009	4	16
2010	3	19
2011	4	23
2012	7	30
2013	2	32
2014	6	38
2015	4	42
2016/2017	8	50
Итого	50	50

• График зависимости количества результатов интеллектуальной деятельности по годам представлен на рисунке 1.1.
• Рисунок 1.1 - Зависимость количества результатов по годам

Патентный поиск показывает нам, что наивысший интерес к эпитаксиальным планарным транзисторам проявляется в период с 2012 по 2017 года, а в период с 2003 по 2012 года интерес к данному виду транзисторов довольно мал. В период с 2012 года и по сегодняшний день наблюдается интенсивный интерес исследования и получения новых технологий изготовления эпитаксиальных планарных транзисторов и схем на их основе, которые позволят получать приборы с наилучшими характеристиками.

Полупроводниковые приборы (диоды и транзисторы) благодаря малым габаритам и массе, незначительному потреблению электроэнергии, высокой надёжности и долговечности широко применяются в различной радиоэлектронной аппаратуре. В настоящее время почти вся бытовая радиоэлектронная техника, включая телевизоры, приёмники, магнитофоны и др., работает на полупроводниковых приборах и микросхемах. Применение полупроводниковых приборов в электронных вычислительных машинах позволило решить проблему достижения высоких эксплуатационных параметров ЭВМ при обеспечении требуемой надёжности. В современных полупроводниковых интегральных микросхемах важным активным компонентом является биполярный транзистор.

Обладая высоким быстродействием, широким частотным диапазоном, высоким коэффициентом усиления по току, простотой изготовления и малой стоимостью данный прибор является актуальным для исследования на данный момент. Для конструирования надёжных схем на транзисторах, то есть для правильного выбора типа транзистора, грамотного расчёта схем, выбора оптимального теплового и электрического режимов, необходимо располагать подробными сведениями, характеризующими эксплуатационные свойства транзисторов.

Целью курсового проекта является изучение текущего состояния развития современных технологий и основ принципа работы эпитаксиального планарного транзистора, а также его моделирование и расчёт согласно техническому заданию.

1. Литературный обзор

1.1 Транзистор и классификация транзисторов

Транзистор - радиоэлектронный компонент из полупроводникового материала, как правило, с тремя выводами, позволяющий входным сигналом управлять током в электрической цепи. Обычно используется для усиления, генерации и преобразования электрических сигналов.

Транзисторы в основном классифицируются по двум категориям. По полупроводниковым материалам и по структуре.

Основными материалами для изготовления полупроводниковых транзисторов служат монокристаллы кремния, германия или арсенида галлия. Другие материалы до недавнего времени не использовались, однако с развитием современных нанотехнологий появляются транзисторы на основе, например, прозрачных полупроводников и полимеров, а также углеродных нанотрубок.

На рисунке 3.1 приведена классификация транзисторов по их основным структурам

Рисунок 3.1 - Классификация транзисторов по основным структурам

В биполярном транзисторе носители заряда движутся от эмиттера через тонкую базу к коллектору. База отделена от эмиттера и коллектора p-n переходами. Ток протекает через транзистор лишь тогда, когда носители заряда инжектируются из эмиттера в базу через p-n переход.

В полевом транзисторе ток протекает от истока до стока через канал под затвором. Канал существует в легированном полупроводнике в промежутке между затвором и нелегированной подложкой, в которой нет носителей заряда, и она не может проводить ток.

1.2 Биполярный транзистор

Основным элементом полупроводниковой электроники и интегральных микросхем является биполярный транзистор -- прибор с двумя электронно- дырочными переходами, из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами, способный от небольшого входного сигнала управлять значительным током в выходной цепи, что позволяет его использовать для усиления, генерации, коммутации и преобразования электрических сигналов. В транзисторе используются оба типа носителей - основные и неосновные. Биполярный транзистор состоит из трёх областей монокристаллического полупроводника с разным типом проводимости: эмиттера, базы и коллектора. Схематическое изображение n-p-n транзистора представлено на рисунке 3.2.

В рабочем режиме биполярного транзистора протекают следующие физические процессы: инжекция, диффузия, рекомбинация и экстракция.

Процесс переноса инжектированных носителей через базу - диффузионный. Характерное расстояние, на которое неравновесные носители распространяются от области возмущения - диффузионная длина L_p. Поэтому если необходимо, чтобы инжектированные носители достигли коллекторного перехода, длина базы W должна быть меньше диффузионной длины L_p. И условие W < L_p является необходимым для реализации транзисторного эффекта - управления током во вторичной цепи через изменение тока в первичной цепи. Принцип работы транзистора показан на рисунке 3.3.

Рисунок 3.2 - Схематическое изображение транзистора типа n-p-n

Рисунок 3.3 - Схема транзисторного эффекта

В процессе диффузии через базу инжектированные неосновные носители рекомбинируют с основными носителями в базе. Для восполнения прорекомбинировавших основных носителей в базе через внешний контакт должно подойти такое же количество носителей. Таким образом, ток базы - это рекомбинационный ток.

Продиффундировавшие через базу без рекомбинации носители попадают в электрическое поле обратно смещенного коллекторного p-n перехода и экстрагируются из базы в коллектор. Таким образом, в БТ реализуются четыре физических процесса:

- инжекция из эмиттера в базу;

- диффузия через базу;

- рекомбинация в базе;

- экстракция из базы в коллектор.

Эти процессы для одного типа носителей схематически показаны на рисунке 3.4 а, б.

Рисунок 3.4 - Зонная диаграмма биполярного транзистора: а) в равновесном сосстоянии; б) в активном режиме

1.3 Эпитаксиальные транзисторы и эпитаксия

Эпитаксия - это процесс осаждения атомарного кремния на монокристалическую кремниевую пластину, при котором получают плёнку, являющуюся продолжением структуры пластины. Практическое значение имеет случай, когда легированная эпитаксиальная плёнка выращивается на легированной пластине, т.е. когда одновременно с атомами кремния в росте кристалла принимают участие и атомы легирующего элемента. При различных видах примеси в пластине и в выращиваемой плёнке на границе их раздела образуется p-n переход. Таким образом, в эпитаксиально-планарных структурах тонкий эпитаксиальный слой (2-10 мкм) содержит элементы ИМС, а подложка толщиной 500 мкм играет конструкционную роль. В зависимости от агрегатного состояния источника атомов полупроводника и примеси для растущей плёнки различают эпитаксию из газовой, жидкой и твердой фаз. Промышленное применение нашли газофазная (ГФЭ) и жидкофазная (ЖФЭ) эпитаксии.

При ГФЭ атомы кремния и примеси выделяются на пластине в результате химических реакций из соединений кремния и легирующего элемента. Для совершенства структуры важно прежде всего, чтобы в достройке участвовали одиночные атомы, а не их группы.

Основные условия, обеспечивающие совершенство структуры эпитаксиального слоя, следующие:

Химические реакции выделения атомов кремния и примеси должны быть гетерогенными (выделение атомов происходит непосредственно на пластине), исключающими образование агломератов (групп атомов);

Необходимы высокая температура пластины и ограниченная скорость осаждения атомов, обеспечивающие высокую подвижность адсорбированных атомов на пластине

С поверхности пластины должны быть устранены механические повреждения и различного рода загрязнения.

Гетерогенную реакцию, протекающую на границе газообразной и твердой фаз, можно условно представить в виде следующих стадий:

Перенос веществ, участвующих в реакции, к поверхности пластины;

· Адсорбция поверхностью реагирующих веществ;

· Реакции на поверхности пластины;

· Десорбция молекул побочных продуктов;

· Перенос побочных продуктов в основной поток газа;

· Занятие атомами узлов кристаллической решетки.

Такая схема реализуется в установках с непрерывной подачей рабочей смеси через реактор (метод открытой трубы).

Эпитаксиальная технология позволяет расширить рабочий диапазон транзисторов, особенно ключевых, за счет уменьшения последовательного сопротивления коллектора. Она основана на выращивании очень тонкого слоя полупроводника (достаточного для формирования активных элементов) поверх исходного слоя того же самого материала. Этот эпитаксиальный слой представляет собой продолжение исходной кристаллической структуры, но с уровнем легирования, необходимым для работы транзистора. Подложку сильно легируют (до содержания легирующей примеси порядка 0,1%), тщательно полируют и затем промывают, поскольку дефекты на поверхности подложки сказываются на совершенстве структуры эпитаксиального слоя.

Выращивание совершенного эпитаксиального слоя - очень сложный процесс, требующий тщательного выбора материалов и поддержания исключительной общей чистоты в системе. Слой выращивается методом химического осаждения из паровой фазы, обычно из паров тетрахлорида кремния SiCl₄. При этом используется водород, который восстанавливает SiCl₄ до чистого кремния, осаждающегося затем на подложке при температуре около 1200 °С. Скорость роста эпитаксиального слоя - порядка 1 мкм/мин, но её можно регулировать. Для легирования слоя в рабочую камеру вводят мышьяк (примесь n-типа), фосфор (n-тип) или бор (p-тип). Обычно выращивают только один слой, но в некоторых случаях, например при изготовлении многослойных тиристоров, получают два слоя - один n-, а другой p-типа. Толщина эпитаксиального слоя составляет от нескольких микрометров для сверхвысокочастотных транзисторов до ~100 мкм для высоковольтных тиристоров. Эпитаксиальный материал даёт возможность изготавливать транзисторы для усилителей и электронных ключей.

Полупроводниковые ИМС на биполярных транзисторах наиболее часто изготовляют по планарной и планарно-эпитаксиальной технологиям, основанным на следующих технологических процессах создания транзисторных структур: окислении поверхности полупроводниковых подложек; литографии; эпитаксиальном наращивании полупроводниковых слоёв; локальном введении примесных атомов.

Особенностью планарно-эпитаксиальной технологии является то, что коллекторные области структур создают эпитаксиальным наращиванием слоя полупроводникового материала, главным образом кремния n-типа, на подложке р-типа, а базовые и эмиттерные - введением легирующих примесных атомов в эпитаксиальный слой. При этом эмиттерные области формируют введением примесных атомов максимально возможной концентрации. Это обеспечивает создание транзисторных структур, обладающих высоким коэффициентом усиления по току. Формируют элементы и соединения между ними только на одной стороне подложки (рабочей поверхности).

Примесные атомы вводят в полупроводниковые подложки ионным легированием и диффузией. Причём, как правило, сначала ионным легированием производят загонку атомов примеси, а затем диффузией их разгонку, в процессе которой формируются слои, обладающие заранее заданными электрофизическими свойствами. Кроме того, в планарной технологии широко применяют нитридирование (выращивание слоёв нитрида кремния).

Технологические процессы изготовления полупроводниковых биполярных ИМС классифицируют по способам формирования транзисторных структур и изоляции элементов. Изолируют элементы ИМС в основном включением р-n перехода в обратном направлении, формированием локальных полупроводниковых областей, полностью разделенных слоем диэлектрика, или комбинируя эти способы. Как уже отмечалось, технологические процессы окисления, диффузии, фотолитографии и напыления при изготовлении ИМС на биполярных транзисторах проводятся так же, как при изготовлении дискретных планарных биполярных транзисторов. Однако при производстве ИМС на исходных подложках одновременно формируют различные типы активных и пассивных элементов, которые должны быть электрически изолированы, поэтому технологический маршрут изготовления их сложнее.

Кроме того, при изготовлении биполярных ИМС для повышения быстродействия транзисторов в их коллекторных областях введением примесных атомов в исходную подложку непосредственно перед эпитаксиальным наращиванием монокристаллического полупроводникового слоя формируют скрытые высоколегированные слои, что также усложняет технологию. Качество и процент выхода годных ИМС в значительной степени зависят от совершенства изоляции их элементов.

Среди планарных структур, в которых использованы биполярные транзисторы, исторически более ранней является диффузионно-планарная структура. Функции изоляции в ней выполняют р-n переходы, ограничивающие области отдельных элементов и смещённые в обратном направлении. Для получения обратного смещения в области подложки, разделяющей элементы, формируется омический контакт, связанный с наиболее низким потенциалом источника питания, а к изолирующим областям резисторов с помощью контактов подводится высокий потенциал.

В качестве исходной заготовки используют пластину монокристаллического кремния, равномерно легированного акцепторной примесью (дырочная электропроводность). После того как на заготовку нанесен слой окиси кремния Si0₂, методом фотолитографии в этом слое избирательно вытравливают участки прямоугольной формы и через образовавшиеся окна путем термической диффузии вводят атомы примеси-донора. Процесс диффузии совмещают с термическим окислением кремния, в результате которого на поверхности вновь образуется сплошной слой окисла. Таким образом, одновременно создаются коллекторные области всех транзисторов, а также изолирующие области всех диодов и резисторов для всех кристаллов групповой пластины. Вторичным вскрытием окон меньших размеров в окисле и последующей диффузией примеси-акцептора формируют р-области, выполняющие роль базовых областей транзисторов, анодов, диодов и резисторов. В результате очередного (третьего) цикла фотолитографии, диффузии и окисления получают области эмиттеров, катоды диодов, а также высоколегированные области для последующего создания омических контактов к высокоомным коллекторным и изолирующим областям.

Для создания межэлементных связей в слое окисла вновь вскрывают окна и плоскость пластины покрывают сплошной металлической пленкой (обычно алюминиевой). При этом в местах, свободных от окисла, образуется контакт с соответствующими областями кремния. Заключительный цикл фотолитографии (по пленке алюминия) позволяет создать систему межсоединений, а также контакты по периферии кристаллов. Эти контакты будут использованы для коммутации кристаллов с внешними выводами корпуса.

Планарный транзистор (независимо от типа структуры) имеет коллекторный контакт в одной плоскости с базовым и эмиттерным контактами. Вследствие этого коллекторный ток преодолевает протяженный горизонтальный участок дна коллекторной области (под дном базы), имеющий малые поперечные размеры.

В диффузионном коллекторе концентрация активной примеси распределена по глубине неравномерно: она максимальна на поверхности и равна нулю на дне коллектора, - поэтому слой коллектора под базой имеет высокое сопротивление, что увеличивает напряжение насыщения и время переключения транзистора.

Равномерное распределение примеси по толщине коллектора может быть получено с помощью процесса эпитаксиального наращивания кремния с дозированным количеством донорной примеси. Такой процесс применяют для создания эпитаксиально-планарной структуры.

Чтобы получить простейшую эпитаксиально-планарную структуру, в качестве исходной заготовки надо использовать монокристаллическую пластину кремния, равномерно легированную акцепторной примесью. Для нанесения эпитаксиального слоя на одну из сторон пластины ее освобождают от окисла и тщательно очищают, после чего проводят осаждение монокристаллического слоя кремния n-типа. Далее поверхность пластины окисляют и методом фотолитографии вскрывают окна в виде узких замкнутых дорожек, соответствующих контуру коллекторных и изолирующих областей ИМС. Проводя через окна диффузию акцепторной примеси до смыкания ее с р-областью, получают таким образом изолированные друг от друга островки равномерно легированного эпитаксиального n-кремния.

Рис. 3.5. Последовательность формирования эпитаксиально-планарной структуры:

а - исходная пластина; б - стравливание окисла, подготовка поверхности; в-эпитаксиальное наращивание n-слоя, окисление поверхности; г - вскрытие окон в окисле под изолирующую (разделительную) диффузию примеси; д - диффузия акцепторной примеси, окисление поверхности; е - готовая структура после формирования диффузионных базовых и эмиттерных областей, а также получения межсоединений

1.4 Материалы для изготовления полупроводниковых приборов

Рассмотрим основные требования, которые предъявляются к большинству полупроводниковых материалов.

Монокристалличность структуры.

Для изготовления большинства приборов требуются полупроводниковые материалы в виде пластин, вырезанных из монокристаллических слитков. Монокристаллические слитки в виде стержней круглого сечения получают методом направленной кристаллизации расплавов. В последнее время широкое применение находят монокристаллические эпитаксиальные пленки (однослойные и многослойные) .

Однородность распределения легирующих примесей. Легирующие примеси в полупроводниковых материалах должны быть распределены равномерно по всему объему монокристаллического слитка. Это требование обеспечивает одинаковые параметры всей партии пластин, изготовленных из одного слитка полупроводникового материала. Кроме того, данное требование дает возможность обеспечить серийный массовый выпуск полупроводниковых приборов и интегральных микросхем с малым разбросом электрических параметров.

Стойкость к атмосферному воздействию. Большинство полупроводниковых материалов удовлетворяет этому требованию. Такие материалы, как германий, кремний, карбид кремния и др., обладают высокой стойкостью к воздействию окружающей среды. Однако известны полупроводниковые соединения, которые не стойки во влажной атмосфере. Например, антимонид, арсенид и фосфид алюминия, гидролизующиеся во влажной атмосфере. Это обстоятельство, несмотря на ряд очень хороших для некоторых классов полупроводниковых приборов свойств, является серьезным препятствием для широкого применения этих соединений.

Температуростойкость.

Требования по температуростойкости диктуются максимальными рабочими температурами, при которых применяются полупроводниковые приборы и интегральные микросхемы. Верхний предел рабочих температур полупроводниковых материалов зависит от их ширины запрещенной зоны.

Свойства основных материалов, применяемых в изготовлении полупроводниковых приборов представлены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 - Параметры выбранных для расчета полупроводниковых материалов

Параметры материала	Обозначение	Кремний (Si)	Германий(Ge)	Арсенид галлия (GaAs)
Постоянная решетки, нм	a	0,540386	0,565748	0,56534
Коэффициент линейного температурного расширения, 10-6 К-1	ТКР	2,6	5,8	5,9
Ширина запрещенной зоны, эВ	ДE	1,11	0,66	1,43
Эффективная масса электронов, m*/m0	me*	0,92	0,55	0,068
Эффективная масса дырок, m*/m0	mp*	0,5	0,3	0,45
Подвижность электронов, В/(см2•с)	мn	1500	3900	8500
Подвижность дырок, В/(см2•с)	мp	600	1900	400
Относительная диэлектрическая проницаемость	е	11,8	16	10,9
Собственная концентрация носителей, см-3	ni	1,6•1010	2,6•1013	1,1•107
Электронное сродство, эВ	ч	4,05	4,0	4,07
Теплопроводность, Вт/(см•oC)	c	1,45	0,64	0,46

Основным материалом изготовления биполярных транзисторов является кремний, реже германий и арсенид галлия, по причине наиболее высокого распространения, повышенной прочности.

Германиевые транзисторы обладают характеристиками, отличными от кремниевых, ввиду меньшего напряжения отпирания p-n-перехода в германии -- 0,35 - 0,4 В против 0,6 - 0,7 В у кремниевых приборов, что уменьшает рассеиваемую мощность германиевых транзисторов. Однако, обратные токи у германиевых приборов имеют сильную зависимость от температуры, и на несколько порядков больше таковых у кремниевых. В одинаковых условиях кремниевый транзистор будет иметь обратный ток 10 пА, а германиевый -- 100 нА, что в 10000 раз больше. Также у германиевых приборов значительно выше шум и ниже температура, при которой происходит разрушение p-n-переходов.

Некоторые электронные свойства GaAs превосходят свойства кремния. Арсенид галлия генерирует меньший шум, чем кремний и обладает более высокой подвижностью электронов, однако подвижность дырок при этом очень мала. По физическим характеристикам арсенид галлия -- более хрупкий и менее теплопроводный материал, чем кремний. Подложки из арсенида галлия гораздо сложнее для изготовления и намного дороже, чем кремниевые, что ограничивает применение этого материала.

2. РасчЁт Эпитаксиального планарного транзистора

Выбираем материал и рассчитываем концентрацию в коллекторе.

В качестве материала для изготовления эпитаксиального планарного транзистора будет выбран кремний, как более дешёвый и имеющий хорошие характеристики.

В качестве легирующей примеси коллектора будет выбран бор. Концентрацию легирующей примеси в коллекторе определим из напряжения пробоя, которое зададим равным 60 В:

,

гдеU_пр = 60 В - выбранное напряжение пробоя;

ДE = 1,11эВ - ширина запрещенной зоны кремния при Т = 300 К.

см^-3.

Зададим концентрацию примеси в эмиттере больше чем в коллекторе:

см^-3.

Зададим концентрацию примеси в базе равной:

см^-3.

Для расчёта концентрации примеси неосновных носителей в коллекторе воспользуемся формулой:

см^-3,

где n_i² = 1,6 ·10¹⁰ см^-3- собственная концентрация для кремния.

Концентрацию неосновных носителей в эмиттере найдём по формуле:

см^-3.

Концентрацию неосновных носителей в базе найдём по формуле:

см^-3.

Определим подвижность основных и неосновных носителей заряда при помощи графика представленного на рисунке 4.1:



Рисунок 4.1- Дрейфовая подвижность в Ge, Si, и GaAs, при T= 300 К в зависимости от концентрации легирующей примеси

см²/(В·с);

см²/(В·с);

см²/(В·с);

см²/(В·с).

см²/(В·с);

см²/(В·с).

В качестве коллекторной области будет выбрана подложка, представляющая собой кремневую пластину марки: 1A6 КЭФ 800-120.

Рассчитаем внутренние и внешние параметры эпитаксиального планарного транзистора, а также его барьерные ёмкости и максимальную частоту.

Рассчитаем коэффициент диффузии для основных и неосновных носителей заряда по формуле:

,

гдем - подвижность носителей заряда.

см/с;

см/с;

см/с;

см/с.

Рассчитаем тепловую скорость носителей заряда по формуле:

,

гдеm - эффективная масса носителей заряда.

м/с;

м/с.

Рассчитаем время жизни носителей заряда по формуле:

,

гдег = 10^-20м²;

N - концентрация носителей, м^-3.

c;

c.

Рассчитаем длину диффузионного смещения для основных и неосновных носителей, инжектированных из базы в эмиттер по формуле:

,

см;

см;

см;

см.

Рассчитаем проводимость эмиттера и базы по формуле:

,

(Ом·см)^-1;

(Ом·см)^-1.

Рассчитаем эффективность эмиттера по формуле:

 ,

гдеу_э -удельная проводимость эмиттера;

у_б -удельная проводимость эмиттера;

W = 10^-6 м - толщина базы;

Рассчитаем коэффициент переноса носителей через базу по формуле:

гдеL_б - длина диффузионного смещения основных носителей заряда в базе.

Рассчитаем коэффициент передачи тока эмиттера по формуле:

,

Эффективность коллектора a^* примем равной единице при условии, что площадь коллектора больше площади эмиттера.

.

Рассчитаем коэффициент передачи тока базы по формуле:

;

.

Рассчитаем дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода по формуле:

 ,

При токе I_e = 1 мА сопротивление равно:

Ом

Дифференциальное сопротивление коллекторного перехода рассчитаем по формуле:

При напряжении U_к = 5 В и токе I_e = 1 мА сопротивление равно:

Ом .

Дифференциальное сопротивление базы рассчитаем по формуле:

Ом.

Ом.

Ом,

гдеr_б' -омическое сопротивление базы;

r_б''-дифференциальное сопротивление базы.

Определим максимальную площадь коллекторного перехода из условия технического задания, что барьерная ёмкость коллекторного перехода С_be ? 10 нФ, при U_eb = 0,5 В.

Барьерная ёмкость равняется:

 ,

гдеS - площадь;

N-концентрация носителей заряда;

е = 11,8 - диэлектрическая проницаемость кремния;

е₀ = 8,85•10^-12Ф/м;

ц = 0,8 эВ - высота потенциального барьера определяется из графика представленного на рисунке 4.2.

Рисунок 4.2 - Контактная разность потенциалов для несимметричных резких переходов в Ge, Si и GaAs, как функция концентрации примеси в слаболегированной области переходов

Максимальная площадь эмиттерного перехода будет равной:

см².

Площадь эмиттера таких размеров является приемлимой для биполярных транзисторов. В данном случае возьмем площадь эмиттера 0,1 см². Барьерная ёмкость эмиттера при 0,5 В, в таком случае равна:

=8,017·10^-8 Ф,

Выберем площадь коллектора Sk в 3 раза больше площади эмиттера, равной 0,3см², чтобы обеспечить эффективность эммитера равной 1. Барьерная ёмкость коллектора при 5 В в таком случае равна:

=1,211·10^-8 Ф.

Данные барьерные ёмкости удовлетворяют техническому заданию, не превышая допустимых значений.

Рассчитаем максимальную рабочую частоту по следующей формуле:

Гц.

Рассчитаем дырочную составляющую плотности токов насыщения переходов транзистора по формуле:

А/см².

Рассчитаем электронную составляющую плотности токов насыщения переходов:

А/см².

Плотности электронных составляющих токов насыщения пренебрежимо малы по сравнению с плотностями дырочных составляющих, поэтому начальные токи переходов определяются выражениями:

А;

А.

Дифференциальный коэффициент передачи тока коллектора при инверсном включении рассчитаем по формуле:

.

Обратные токи эмиттерного и коллекторного переходов при включении транзистора с общей базой рассчитаем по формуле:

А;

А.

Обратный ток коллекторного перехода при включении транзистора в схеме с общим эмиттером рассчитаем по формуле:

А.

При обратных напряжениях обратные токи не будут превышать заданных значений.

Построим статические входные и выходные характеристики транзистора при включении с общей базой:

,

.

Построим статические входные и выходные характеристики транзистора при включении с общим эмиттером:

,

Рисунок 4.1- Выходная характеристика с ОБ



Рисунок 4.2 - Входная характеристика с ОБ

Рисунок 4.3 - Входная характеристика с ОЭ

Рисунок 4.4 - Выходная характеристика с ОЭ

Заключение

В результате проделанной работы был смоделирован и рассчитан эпитаксиальный планарный транзистор. Были рассчитаны его параметры, а также построены входные и выходные характеристики согласно техническому заданию.

Список используемой литературы

1 Малютин, А. Е. Историяэлектроники / А. Е. Малютин, И. В. Филиппов; М.: РГРТА, 2006.

2 Троян, П.Е. Твердотельная электроника: Учебное пособие / П. Е. Троян - Томск: Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, 2006. - 321 с.

3 Троян, П.Е. Твердотельная электроника: Учебно-методическое пособие / П. Е. Троян - Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, 2007. - 76 с.

4 Гуртов, В. А. Твердотельная электроника: Учеб. пособие / В. А. Гуртов; ПетрГУ. - Петрозаводск, 2004. - 312 с.

5 Черняев, В. Н. Технология производства интегральных микросхем и микропроцессоров /В.Н. Черняев М.: Радио и связь, 1987.

6 Алёшин, А. Н. Светоизлучающие транзисторные структуры на основе полупроводниковых полимеров и неорганических наночастиц // Высокомолекулярные соединения. Серия С - Москва: Изд-во "Наука", 2014. - С. 49

7 Жбанов, А. И. Устройства наноэлектроники на основе углеродных нанотрубок / Жбанов А. И., Синицын Н. И., Торгашов Г. В. // Известия высших учебных заведений. Радиофизика - Нижний Новгород: Изд-во Научно-исследовательский радиофизический институт, 2004. - С. 487 - 507

8 Ковалев, А. Н. Биполярные гетеротранзисторы на основе SiGe и AIIIBV / А .Н. Ковалев // Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. - 2008. - №2. - С. 4 - 21

9 Смирнова, К.И. Процессы микро- и нанотехнологии: Учебное пособие - Томск: Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, 2012. - 183 с.

Размещено на Allbest.ru