Реферат: Физико-топологическая модель интегрального биполярного п-р-п-транзистора

💣 👉🏻👉🏻👉🏻 ВСЯ ИНФОРМАЦИЯ ДОСТУПНА ЗДЕСЬ ЖМИТЕ 👈🏻👈🏻👈🏻

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
ФИЗИКО-ТОПОЛОГИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ИНТЕГРАЛЬНОГО БИПОЛЯРНОГО п-р-п-ТРАНЗИСТОРА
Физико-топологическая модель — модель расчета электрических параметров, исходными параметрами которой являются электрофизические характеристики полупроводниковой структуры и топологические размеры транзистора (см. рис.1). Электрофизические характеристики: концентрация собственных носителей заряда, ширина запрещенной зоны и диэлектрическая проницаемость полупроводника, времена жизни, тепловые скорости, концентрации и сечения ловушек захвата, подвижности, коэффициенты диффузии и концентрации примесных электронов и дырок. Многие из этих параметров зависят от профиля легирования (распределения концентрации легирующих примесей вглубь) транзисторной структуры.
Топологические размеры: длина эмиттера L э
; ширина эмиттера Z э
; расстояния от базового контакта до края базы d бб
.
Параметры профиля легирования (см. рис. 1,в): концентрация донорной примеси в эпитаксиальном коллекторном слое N дк
, глубины залегания р-п-переходов коллектор-база х к
и эмиттер-база х э
, концентрации акцепторной примеси на поверхности базы N an
и донорной примеси на поверхности эмиттера N д
n
, толщина эпитаксиальной пленки W ЭП
.
Распределение концентрации акцепторной примеси при формировании базы путем двухстадийной диффузии находится из выражения
где t 1
a
и t 2
a
— время "загонки" и "разгонки" акцепторной примеси;
D 1
a
и D 2
a
— коэффициенты диффузии акцепторной примеси при "загонке" и "разгонке".
Рис. 1. Разрез структуры и топология БТ: а - структура БТ; б - эскиз топологии БТ;в - параметры профиля легирования БТ
Распределение концентрации донорной примеси при формировании эмиттера путем одностадийной диффузии рассчитывается по формуле
где D д
и t д
— коэффициент и время диффузии донорной примеси.
Коэффициент диффузии определяется выражением
где D o
— постоянная коэффициента диффузии примеси;
Т — абсолютная температура диффузии примеси.
Согласно (1) и (2) для расчета концентрации на любой глубине х транзисторной структуры необходимо знать значения времени диффузии t 2
a
и t д
(t 1
a
задается), которые определяются при решении уравнений
N д
( x э
, t ) = N.( x э
, t 2
а
). (5)
Уравнения (4) и (5) являются условиями образования p-n-перехода. При решении этих уравнений относительно t 2
a
и t д
величины N a
п
, N д
n
, N дк
, х э
, х к
являются исходными параметрами модели и задаются разработчиком.
Интегральные БТ работают при малых токах коллектора I к
(1... 1000 мкА).
При таких токах коллектора статический коэффициент передачи тока в схеме с общим эмиттером может быть рассчитан по формуле
где I би
— составляющая тока базы, обусловленная инжекцией дырок из базы в эмиттер;
I бп
и I б р-п
— составляющие тока базы, обусловленные рекомбинацией на поверхности пассивной базы и в области пространственного заряда (ОПЗ) р-п-перехода база-эмиттер.
Для БТ, включенного по схеме с общим эмиттером (ОЭ), соблюдается следующее соотношение между токами эмиттера I э
, коллектора I к
и базы I б
:
Для типичных значений В ст
> 20 можно с погрешностью менее пяти процентов записать I з
= I к
.
Ток I э
обусловлен движением электронов, инжектированных из эмиттера в базу от эмиттерного к коллекторному p-n-переходу. Движение электронов по базе обусловлено двумя механизмами: диффузией и дрейфом. Диффузия электронов происходит из-за возникновения градиента электронов в результате увеличения их концентрации у эмиттерного края базы вследствие инжекции. Дрейф (движение под действием электрического поля) электронов по базе обусловлен наличием в ней ускоряющего поля, образующегося в неравномерно легированной (диффузионной базе) в результате диффузии дырок от эмиттерного к коллекторному краю базы. Возникает это поле в части базы, расположенной под эмиттером. На основании изложенного ток эмиттера может быть рассчитан по формуле
μ п
(х) — подвижность электронов в базе;
п(х) — концентрация электронов в базе;
D n
(x) — коэффициент диффузии электронов в базе;
dn(x)/dx — градиент электронов в базе.
Концентрация инжектированных электронов описывается выражением
где п ро
(х) — равновесная концентрация (при U эб
= 0) электронов в точке (см. рис. 1,в), которая определяется соотношением
где n i
, - концентрация собственных носителей зарядов в кремнии.
Согласно (9) и (10) при уменьшении концентрации |N a
(x э
")-N д
(x э
")| увеличивается концентрация инжектированных электронов в базу. Из чего следует, что инжекция электронов в данной части эмиттера будет больше, чем в базовой. Кроме того, в базе под эмиттером имеет место ускоряющее попе. Следовательно, наибольший ток эмиттера протекает через дно эмиттерной области и часть базы, расположенной под ней. Поэтому базу под эмиттером называют "активной", а окружающую эмиттер - "пассивной".
Подвижность μ п
(х) и коэффициент диффузии D n
(x) растут с уменьшением концентрации легирующей примеси в базе (благодаря уменьшению столкновений с ионами легирующей примеси).
где φ Т
= k∙T/q — температурный потенциал,
W' б
= х' к
- х э
" — толщина квазинейтральной базы (см. рис.1,в).
Из выражения (11) следует, что Е(х) увеличивается при уменьшении концентрации N к
и координаты х' к
.
Границы областей пространственного заряда (ОПЗ) р-п-переходов, определяющие толщину квазинейтральной базы, рассчитываются следующим образом.
Переход база-эмиттер можно считать плавным и ширина его ОПЗ равна
где α(x э
)=dn(x э
)/dx— градиент распределения концентрации легирующих примесей в ОПЗ, снижающийся при их уменьшении;
εε о
— диэлектрическая проницаемость кремния;
ф кз
— потенциальный барьер p-n-перехода база-эмиттер.
Потенциальный барьер p-n-перехода база-эмиттер рассчитывается по формуле
Ширина ОПЗ p-n-перехода коллектор-база
где — характеристическая длина в распределении акцепторов в базе;
ф кк
и U кб
— потенциальный барьер и напряжение на р-п-переходе коллектор-база.
Потенциальный барьер p-n-перехода коллектор-база находится из выражения
Из соотношений (12)...(15) следует, что ширина p-n-переходов база-эмиттер и коллектор-база увеличивается при уменьшении концентрации легирующих примесей в них, в частности при уменьшении N a
(x э
) и N дк
.
Напряжение U кб
при включении БТ по схеме с ОЭ определяется из соотношения
где U кэ
— напряжение питания коллектора в схеме с ОЭ;
R к
— сопротивление области коллектора, по которой течет ток I к
.Граница ОПЗ p-n-перехода коллектор-база в базе х' к
равна
Сопротивление области коллектора в соответствии с рис. 1,а определяется выражением (при этом сопротивление скрытой коллекторной области n +
-типа и подконтактной области n +
-типа не учитываются)
Градиент dn/dxможно найти из соотношения
или в соответствии с выражениями (9) и (10):
С учетом (10), (11) и (20) выражение (8) можно преобразовать к следующему виду:
где ‑ начальное (при U бэ
= 0) значение тока эмиттера.
Инжекционная составляющая тока базы I би
согласно (1) определяется выражением
— равновесная концентрация дырок в эмиттере;
— напряженность тормозящего поля в эмиттере, образующегося в результате диффузии электронов от поверхности к р-п-переходу эмиттер-база;
— время жизни инжектированных дырок в эмиттере.
Рекомбинационная составляющая тока базы I бп
согласно (1) описывается выражением
q— концентрация ловушек захвата электронов и дырок;
S n
, S p
— сечения ловушек захвата электронов и дырок;
V tn
, V tp
— тепловые скорости электронов и дырок;
D п пов
— коэффициент диффузии электронов на поверхности пассивной базы;
τ п пов
— время жизни электронов на поверхности пассивной базы;
Параметры N t
, S n
, S p
, V tn
, V tp
не зависят от топологических размеров и профиля легирования. Коэффициент D п пов
и время τ п пов
слабо зависят от концентрации акцепторов на поверхности. Кроме того, следует заметить, что ток I бр
в отличие от других составляющих тока базы пропорционален не площади, а периметру эмиттера. Последнее обстоятельство необходимо учитывать при анализе зависимости коэффициента передачи тока от топологических размеров эмиттера.
Рекомбинационная составляющая тока базы I бр-п
согласно (1) находится из выражения
где — времена жизни электронов и дырок в ОПЗ р-п-перехода эмиттер-база.
Времена τ по
и τ ро
уменьшаются с ростом концентрации легирующих примесей в ОПЗ.
На рис.2 приведены графики зависимостей всех рассмотренных токов от напряжения U бэ
, построенные для типичных значений электрофизических параметров (1), определяющих значения этих токов.
а ‑ токов I к
, I би
, 1 б
n
, 1 б
p
-
n
, от напряжения U бэ
;
б ‑ коэффициента передачи тока от коллектора
Следует отметить, что рекомбинационные токи слабее зависят от напряжения база-эмиттер, что учитывается коэффициентом два в знаменателе экспоненциальных множителей выражений (23) и (24).
С учетом (6) и графиков, приведенных на рис.2,а, можно построить график зависимости В ст
(I к
), представленный на рис.2,б.
Сильная зависимость коэффициента передачи тока от тока коллектора имеет место в диапазоне рабочих токов коллектора БТ. Поэтому при проведении исследований зависимости коэффициента В ст
(I к
) от конструктивно-технологических параметров необходимо поддерживать ток I к
постоянным, что обеспечивается соответствующим изменением напряжения прямого смещения на p-n-переходе база эмиттер U бэ
. Напряжение U бэ
, обеспечивающее заданный ток I к
, с учетом принятого ранее допущения I э
= I к
и соотношения (21) может быть рассчитано по формуле
Из выражения (25) следует, что при увеличении I эо
, которое может произойти при изменении конструктивно-технологических параметров БТ (при проведении соответствующих исследований), напряжение U бэ
.уменьшится, что приведет к уменьшению составляющих тока базы.
Граничная частота усиления БТ согласно (1) определяется выражением
где - постоянная цепи заряда барьерной емкости p-n-p-перехода база-эмиттер С бэ
;
- время пролета через квазинейтральную базу;
- постоянная цепи заряда барьерной емкости p-n-p перехода коллектор-база С кб.

Барьерная емкость С бэ
, состоит из двух параллельно включенных емкостей донной и боковой частей p-n-перехода база-эмиттер:
где С бэдон
=εε 0
·z э
·Lэ/l бэ
(x э
) – емкость донной части p-n-перехода база-эмиттер;
С бэбок
= - емкость боковой части p-n-перехода база-эмиттер;
Поскольку ширина ОПЗ зависит от концентрации легирующей примеси в p-n-переходе, а она в боковой части p-n-перехода изменяется по глубине, то С бэбок
также зависит от глубины и с учетом двухмерного распределения донорной примеси может быть определена из выражения
где N д
(х,у) = N dn
·erfc[(х+1,5у)/2 ] — двухмерное распределение донорной (эмиттерной) примеси;
φ кэбок
(х) — контактная разность потенциалов боковой части р-n-перехода база-эмиттер(зависит от глубины по той же причине, что и ширина l бэбок
.).
Сопротивление базы R б
можно представить состоящим из двух последовательно включенных сопротивлений активной и пассивной базы, по которым протекает ток базы от соответствующего вывода до р-n-перехода эмиттер-база:
где — сопротивление активной части базы;
— сопротивление пассивной части базы.
Барьерная емкость С кб
: по аналогии с емкостью С бэ
также состоит из двух параллельно включенных емкостей донной и боковой частей р-п-перехода коллектор-база:
С кб
=εε 0
(S кбдон
+S кббок
), (30)
где S кбдон
и S кббок
— площади донной и боковой частей р-n-перехода коллектор-база. Поскольку коллектором является равномерно легированный эпитаксиальный слой, то концентрации легирующей примеси в боковой и донной частях этого р-n-перехода одинакова, а значит, и постоянна толщина ОПЗ l кб

Напряжения лавинного пробоя плавного р-п-перехода база-эмиттер:
и резкого р-п-перехода коллектор-база:
1. Новиков Ю.В. Основы цифровой схемотехники. Базовые элементы и схемы. Методы проектирования. М.: Мир, 2001. - 379 с.
2. Новиков Ю.В., Скоробогатов П.К. Основы микропроцессорной техники. Курс лекций. М.: ИНТУИТ.РУ, 2003. - 440 с.
3. Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я. Цифровые устройства: Учеб. пособие для ВТУЗов. СПб.: Политехника, 2006. - 885 с.
4. Преснухин Л.Н., Воробьев Н.В., Шишкевич А.А. Расчет элементов цифровых устройств. М.: Высш. шк., 2001. - 526 с.
5. Букреев И.Н., Горячев В.И., Мансуров Б.М. Микроэлектронные схемы цифровых устройств. М.: Радио и связь, 2000. - 416 с.
6. Соломатин Н.М. Логические элементы ЭВМ. М.: Высш. шк., 2000. - 160 с.

Название: Физико-топологическая модель интегрального биполярного п-р-п-транзистора
Раздел: Рефераты по коммуникации и связи
Тип: реферат
Добавлен 13:58:02 08 июня 2009 Похожие работы
Просмотров: 108
Комментариев: 9
Оценило: 2 человек
Средний балл: 5
Оценка: неизвестно   Скачать

Срочная помощь учащимся в написании различных работ. Бесплатные корректировки! Круглосуточная поддержка! Узнай стоимость твоей работы на сайте 64362.ru
Ребятки, кто на FAST-REFERAT.RU будет заказывать работу до 26го мая - вводите промокод iphone, и тогда будете учавствовать в розыгрыше iphone xs)) сам только что узнал, что у них такие акции бывают (п.с. кстати не удивляйтесь что вас перекидывает на сайт с другим названием, так и должно быть)
Мне с моими работами постоянно помогают на FAST-REFERAT.RU - можете просто зайти узнать стоимость, никто вас ни к чему не обязывает, там впринципе всё могут сделать, вне зависимости от уровня сложности) у меня просто парень электронщик там какой то, тоже там бывает заказывает))
Спасибо, Оксаночка, за совет))) Заказал курсач, отчет по практике, 2 реферата и дипломную на REFERAT.GQ , все сдал на отлично, и нервы не пришлось тратить)
Я обычно любые готовые работы покупаю на сайте shop-referat.tk , и свои все там же на продажу выставляю, неплохой доп.заработок. А если там не нахожу то уже на referat.gq заказываю и мне быстро делают.
Да, но только в случае крайней необходимости.

Реферат: Физико-топологическая модель интегрального биполярного п-р-п-транзистора
Практическая Работа Обработка Данных
Коррекция Здоровья Реферат
Реферат: ООО Радуга вкуса
Курсовая Работа На Тему Совершенствование Планирования Перевозок Железнодорожным Транспортом
В Чем Трагедия Обломова Сочинение Рассуждение
Эссе На Тему Современное Искусство
Курсовая работа: Особенности правового регулирования объектов авторского и смежных прав
Институты Социальной Работы Реферат
Курсовая работа: Аудит персонала организации на примере ООО Гранд Тур
Рефераты На Тему Бизнеса
Курсовая работа по теме Программы маркетинговых коммуникаций
Реферат по теме Сирил Норткот Паркинсон
Сочинение Воскресная Прогулка 5 Класс План
Курсовая работа по теме Сопоставление словесного ударения в немецком и русском языках
Пример Сочинения На Английском
Отчет по практике по теме Деятельность системного администратора ОАО 'Кузнецов'
Курсовая работа по теме Характеристика творчества Н.В. Гоголя на примере пьесы "Ревизор"
Курсовая работа по теме Информационное обеспечение менеджмента
Мой Любимый Город Краснодар Сочинение
Реферат: Hapkido Essay Research Paper Name February 2001Pharmacy
Доклад: Православие и самоидентификация России в XXI веке
Курсовая работа: Контроллинг в системе сбыта
Курсовая работа: Основы профориентационной работы в школе