WWW.DOCX.LIB-I.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Интернет материалы
 

«Определить: –номинальная электрическая прочность переходов, Upi, (B); –номинальный рабочий ток БПТ, Ip, (mA); –номинальный коэффициент передачи тока ...»

Определить:

–номинальная электрическая прочность переходов, Upi, (B);

–номинальный рабочий ток БПТ, Ip, (mA);

–номинальный коэффициент передачи тока эмиттера, ;

–номинальное сопротивление БПТ как открытого ключа, Rкл, (Ом);

–номинальное время переключения, Tпер, (сек).

Часть названных функциональных параметров обеспечиваются выбором или оценкой соответствия технологической структуры. Другая часть обеспечивается топологическими формами и размерами. Необходимо выполнить оценочные расчёты значений перечисленных параметров, исполнив эскиз структуры и топологии БПТ.

Задача 1 Оценка параметров биполярного транзистора структуры КВД. Свойства слоев и размеры: Толщина слоя эмиттера – 1 мкм; Толщина слоя базы – 2 мкм. Ширина перехода коллектор-база – 1 мкм, эмиттер-база – 0.1 мкм в типовом режиме применения. Поверхностное сопротивление эмиттера – 1 Ом, базы вне эмиттера – 200 Ом. Коэффициенты потерь по инжекции и по переносу в базе сравнимы. Длина эмиттера – определить. Ширина эмиттера – определить. Размеры топологические выбрать максимально допустимые для неравномерности тока по эмиттеру до 0,1.Толщина коллектора – 2 мкм. Поверхностное сопротивление коллектора – 50 Ом. Поверхностное сопротивление проводных соединений – 0,2 Ом. Все зазоры между областями на поверхности не менее 2 мкм. Удельные переходные сопротивления контактов 400 Ом*мкм2. Минимальный размер топологической фигуры – 2 мкм. Представить эскиз структуры и топологии, состав подлежащих оценке параметров, сценарий определения параметров по значениям.

Задача 2 Оценка параметров биполярного транзистора структуры ЭПСБ с комбинированной изоляцией V-каналами. Рабочий ток - 4 мА. Свойства слоев и размеры: Толщина слоя эмиттера – 1 мкм; Толщина слоя базы – 2 мкм. Ширина перехода коллектор-база – 1 мкм, эмиттер-база – 0.1 мкм в типовом режиме применения. Поверхностное сопротивление эмиттера – 1 Ом, базы вне эмиттера – 200 Ом. Коэффициенты потерь по инжекции и по переносу в базе сравнимы Топология двухэмиттерная однобазовая. Длина эмиттера – определить. Ширина эмиттера – 60 мкм. Иные размеры топологические выбирать для неравномерности тока по эмиттеру до 0,1. Толщина коллектора – 2 мкм. Поверхностное сопротивление коллектора – 50 Ом. Поверхностное сопротивление проводных соединений – 0,2 Ом. Все зазоры между областями на поверхности не менее 2 мкм. Удельные переходные сопротивления контактов 400 Ом*мкм2. Удельное сопротивление области разделительной диффузии- 0,02 Ом*см. Минимальный размер топологической фигуры – 2 мкм. Представить эскиз структуры и топологии, состав подлежащих оценке параметров, сценарий определения параметров по значениям.

Расчётные формы и соотношения (согласования форм и размеров с параметрами БПТ)

Поверхностное сопротивление слоя R определяется через удельную электропроводность и толщину слоя Xo = x2 - x1 по формуле

R = 1/(Xo * ),

где х1,х2 координаты границ слоя.

Ширина области объемного заряда (ширина p-n перехода) для перехода с линейным распределением примеси определяется по выражению

Wpn = Wpno * (1+ U/Fk)1/3,

где:

Wpno – ширина перехода при U = 0;

U – внешнее обратное напряжение приложенное к переходу;

Fk – контактная разность потенциалов

Для переходов со ступенчатым распределением примеси ширина определяется по формуле

Wpn1 = Wpno1 * (1+ U/Fk1)1/2,

где Wpno1 при U = 0.

Kоэффициент передачи тока эмиттера, по определению есть отношение





= Ic/Ie,

где Ic Ie – соответственно рабочие токи коллектора и эмиттера транзистора. Для анализа и учета зависимости коэффициента передачи от параметров слоев структуры коэффициент представляется в виде произведения трех компонент согласно выражению

= *,

где – коэффициент инжекции, характеризующий эффективность эмиттера; - коэффициент переноса. Коэффициент инжекции оценивается по выражению,

= 1 -,

где ( << 1) – потери качества эмиттера, как инжектора. Коэффициент переноса представляется выражением вида

= 1 –,

где ( << 1) – потери неосновных носителей вследствие их рекомбинации в базе. Для технологических вариантов структур БПТ ИМС с равномерно легированной базой значение оценивается по формуле

= (Wbn)2 / [2 * Lnb2]

Для технологических вариантов структур БПТ ИМС с неравномерно легированной базой потери оценивается по формуле

= (Wbn)*Lb / [k1* Lnb2(Xeb1)],

где k1 (2 – 5) – коэффициент учитывающий дрейф носителей в неравномерно легированной базе. С учетом малости, коэффициент представляется выражением вида

= (1 – ),

где 0 < ( = +) << 1. Номинальный рабочий ток Ip = Iс Ie определяется допустимой плотностью тока Io [А/см2] в областях структуры БПТ и площадью минимального фрагмента структуры транслирующего рабочий ток. По принципу действия БПТ фрагментом структуры с минимальной площадью является эмиттер и поэтому рабочий ток Ip может бать определен по формуле

Ip = Se * Io,

где Se [см2]– площадь эмиттера БПТ. В качестве оценочного соотношения для выбора максимальной плотности тока в БПТ, соответствующей коэффициенту запаса 1(0.1-0.2) применяютIo 1*Ft * / WbnОграничение выбора длины эмиттера LeLe [3 *2*B*Ft/(Io* Ra)].

Значение Le может быть принято и больше рассчитанной величины, но со снижением эффективности эмиттера, как инжектора. Значение ширины эмиттера ВеВе Se/LeМаксимальный размер ширины контакта к эмиттеру не должен превышать значение

Вke 3* 3*Ft*Lke/(Ip* Rп)

где: Вke, Lke – соответственно ширина и длина контактного окна к эмиттеру; Rп – удельное поверхностное сопротивление контактной металлизации к эмиттеру. Ширина и длина контактного окна выбираются или оцениваются с учетом технологических ограничений

Lmin Lke = Le –2*d1,

Lmin Bke = Be –2*d1

Максимально-допустимый размер Вke определяется через длину эмиттера

Bke {[3* 3·Ft* (Le – 2*d1)/(Io· Rme*Le)] +d12} – d1

Размеры зазоров между областями на поверхности структуры d1–d7. оцениваются по формулам

d1 2*C+2*L+Webmax/2 +2*hd;

d2 = d1; d3 d1 + Wcbmax/2 +(23)*Wbn;

d4 d1- Webmax/2+ Wcbmax/2;

d5 = d4; d6 d5 - Wcbmax/2 +Wcpmax/2;

d7 d5 + Wcpmax/2

В соотношениях C,L – максимальные абсолютные погрешности совмещения смежных слоев и искажения линейных границ любой области в слое соответственно. Webmax, Wcbmax, Wcpmax – ширины p-n переходов “ эмиттер - база”, “коллектор база”,“коллектор- пластина” соответственно при максимальных допустимых напряжениях, равных кз*Uраб на переходах БПТ;

hd =dP– глубина проникновения электрического поля в слое (длина Дебая).

hc – толщина слоя;

hp – глубина разделительной диффузии (hp>(1,1 -1,2) hc) в ЭПС слое;

f1 = hc при внутренней диффузии (размеры на поверхности элемента со-ответствуют габаритным;

f2 = hp*{1-[1 –(hc/hp)2]};

lo – линейный размер донной поверхности элемента:

- для внутренней диффузии

lo = lp – 2*f1 <lpи, следовательно, габаритные размеры не превышают топологические на поверхности (lp), для внешней диффузии

lo = lp + f2>lp

и габаритные размеры превышают топологические на поверхности (lp), что следует учитывать при решении задач компоновки элементов;

ho – линейный размер огибающей боковой поверхности оценивается по формулам:

- для внутренней диффузии - ho hс·/2;

- для внешней диффузии - ho hp*arcsin (hc/hp);

d3p – защитный зазор между смежными элементами (учитывается при решении задач компоновки элементов) оценивается по соотношениям:

- для внутренней диффузии

d3p 2*L+Wpmax +2*hd;

- для внешней диффузии

d3p 2*(hp –f2) +2* hp +2*L+Wpmaxи существенно превосходит зазор для разделения элементов формируемых внутренней диффузией

Основные модификации моделей для расчёта объёмных сопротивлений представлены на рисунке А3.1. Сопротивление брикета шириной В и длиной L, которому соответствует удельное поверхностное сопротивление R, оценивается по расчетным формулам:

для модели на рисунке а R1 = R*(L/B),

для модели на рисунке б R1 = R*(L/3*B),

для модели на рисунке в R1 = R*(L/12*B),

для модели на рисунке г R1 = R*(L*Ln(B1/B2)) /(B1-B2).

Сопротивление между электродами в общем случае представляется суммой Rs = Rk + Rv,

где сопротивление Rk - есть сопротивление контактов к электродам, определяемое для каждого j-го из них через удельное переходное сопротивление Roj и площадь Skj по формуле Rkj= Ro/Skj,

а сопротивление Rv - есть сумма сопротивлений элементарных объемных областей (используется как параметр, если ток в элементарных областях имеет одно значение). Для БПТ на трассе “коллектор-эмиттер“ включены два p-n перехода (“eb”и “cb”). В режиме насыщения эти переходы смещены в прямом направлении, включены встречно друг другу, падение напряжения Uspn = Usce, вследствие различия конструкций названных переходов, не равно нулю и оценивается по формуле

Usce Ft*Ln{(1+1/Si)/ [I *(1-1/S)]}> 0,

где S= B*Ib/Ics – степень насыщения нормального включения;

Si=Bi*Ib/Ics – степень насыщения инверсного включения;

Ib, Ics – ток базы и ток насыщения коллектора соответственно;

I – инверсный коэффициент передачи тока эмиттера; Вi = I/(1- I).

Влияние топологии на усиление БПТ связано изменением соотношения между донной поверхностью эмиттера и суммарной площадью эмиттера с учётом его боковой поверхности. Далее выполняется оценка потери усиления с учётом влияния боковой поверхности эмиттера. Полный ток эмиттера транзистора определяется по формуле:

Ie=Io*Se1+ Io*Se2

где Se1, Se2 – соответственно площади донной и боковой поверхности эмиттера, определяемые по формулам

Se1 = (Le-2*Xeb)*(Be-2*Xeb),

Se2 = *Xeb*(Le+Be - 2*Xeb).

Потери переноса в базе будут состоять из потерь по основанию и потерь по боковой поверхности. Суммарный ток потерь на рекомбинацию носителей в базе Ir оценивается по выражению

Ir = Ir p + Ir s, где

Ir p =Io* Se1* (Wbn)2 / [2 * Lnb2]

ток рекомбинации под донной областью эмиттера и

Ir s = Io*Se2* (Wbns)2 / [2 * Lnb2]

ток рекомбинации со стороны боковой поверхности эмиттера. Усредненная (эффективная) ширина базовой области Wbns, согласно рисунку А3.2, может быть оценена по выражению вида

Wbns (2. -1)*Xeb+2.*Wbn.

ля структуры БПТ с диффузионным слоем базы плотность тока Io по донной поверхности эмиттера выше, чем по боковой поверхности по причине меньшей концентрации примесей в глубине слоя и, как следствие, более низкого контактного барьера. В этом исполнении доля вносимых потерь переноса носителей по боковой поверхности сокращается. Для оценки влияния топологии на коэффициент передачи следует площадь Se2 заменить на эффективное значение, определяемое по формуле

Se2 = 0.5**Xeb*(Le+Be - 3.8*Xeb),

а Wbns определять по формулеWbns (0.3*Xeb+Wbn)*2.

Коэффициент передачи тока эмиттера с учетом боковой инжекции

(1- - Ir/Ie)

и коэффициент передачи тока базы В = I/(1- I).

Представленные соотношения характеризуют одноэмиттерную топологию, однако распространяются и на многоэмиттерные конфигурации. Время переключения транзистора складывается из совокупности составляющих:

- времени переноса носителей через базу

T1 = Wbn2/ 2,4*Dnb,

- времени переноса носителей через компенсированную область коллекторного перехода

T2 = Wcb/(2*Vn), Vn107см/сек

- времени заряда емкостей для физико-топологической модели, соответствующей эмиттерно-базовому, коллекторно-базовому и изолирующему переходам.

Учет влияния сопротивлений электродов и емкостей переходов на процесс переключения осуществляется расчетом переходного процесса для электрических схем замещения транзистора. Вариант Т- образной схемы замещения транзистора представлен на рисунке А3.3. На схеме обозначения сопротивлений Re1, Re2, Rb1, Rb2, Rc1, Rc2 и конденсаторов Ceb1, Ccb1, Ccb2, Ccp соответствуют расчетным значениям элементов структурной и физико-топологической модели. Символами Б,Э,К,П обозначены электроды база, эмиттер, коллектор, пластина соответственно.

Примечание: Сопротивления схемы замещения соответственно определяются по выражениям: Re1- сопротивление контакта и объёмного электрода эмиттера;

Re2-диффузионное сопротивление эмитттера;

Rb1 – слой активной базы;

Rb2 - объёмное сопротивление пассивного слоя базы от контакта к базе до слоя активной базы);

Rc1; Rc2 – объёмное и контактное сопротивления коллектора;

Конденсаторы схемы замещения соответствуют :

Сeb1- полной емкости перехода эмиттер-база;

Сcb1–барьерная емкость перехода коллектор-база области под донной площадью эмиттера (емкость активной базы);

Cb2 –барьерная емкость перехода коллектор-база области за пределами донной площади эмиттера (емкость пассивной базы);

Ccp – полная барьерная емкость перехода коллектор – пластина кристалла.

Инерционность переноса носителей в базе и коллекторном переходе учитывается соответствующим описанием коэффициента“” управляемого генератора тока “*Ie”. Коэффициент “” задается выражением вида

=0*{exp[-p (0.2*T2)]}/[1+p (T1+T2)]

Для приближённых оценок быстродействия время переключения тока транзистором можно характеризовать суммойТпер = Т1+Т2 + (Твх2 + Твых2),

где: - Твх Сеb1·Re2 (т.к.Re2<< Rb1+Rb2) – время заряда входной емкости по схеме замещения;

- Твых {[(Cb1+Cb2)·(Rb1+Rb2)]2+[(Rc1+Rc2)·Ccp]2} – время заряда ёмкостей выходной цепи схемы замещения.


Похожие работы:

«УТВЕРЖДЕНО приказом ректора ФГБОУ ВПО "ЧелГУ" от "_" 2015 г. № _ ПОЛОЖЕНИЕоб Управлении по связям с общественностью1.Общие положения Управление по связям с общественностью (далее Управление) является структурным подразделением федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования "Челябински...»

«Положение о рецензировании научных материалов, предназначенных для публикации в журнале "АУДИТ" (утверждено на заседании редколлегии от 25.08.2014 г.) Научные материалы, присылаемые в адрес редакции журнала "АУДИТ" и предназначенные для публикации, должны сопровождаться...»

«Тест по теме "Коммуникативные качества речи"1. Перечислите известные Вам нормы русского литературного языка.2. Расставьте ударение в словах. Определите лексическое значение подчеркнутых слов. Асбестовый,...»

«Упражнения на разделительные вопросы1. Выберите подходящий конец для разделительных вопросов. Переведите разговор. haven’t you – aren’t you – won’t I – don’t they – isn’t it – can you             Mark: You are going to Madrid next Friday,.? (1)             Ann...»

«Календарно тематическое планирование 1 класс № п/п Тема, содержание урока Класс и дата урока Класс и дата урока 1А 1Б Лёгкая атлетика 1 Т.Б. на уроках по лёгкой атлетике. Вводный урок. Ходьба и медленный бег....»

«-1092835-137287000 Анализ рынка экспресс-доставки корреспонденции и посылок в ХХХ Сентябрь, 2014 г. Содержание TOC \o 1-3 \h \z \u Содержание PAGEREF _Toc414975480 \h 2Приложения (диаграммы,...»

«Коммерческое предложение Модель: Touareg NF R-line Тип КПП: 8-авт. Двигатель: 3.0 V6 TDI (245 л.с.) Цвет кузова: Черный Deep перламутр Интерьер: TQ Кожа "Vienna" / Комфортные сиденья Цвет обивки: Черный "Titanium" / Черный "Titanium" / Ч...»

«Приказ Минобрнауки России от 14.05.2014 N 525 Об утверждении федерального государственного образовательного стандарта среднего профессионального образования по специальности 09.02.04 Информацио...»









 
2017 www.docx.lib-i.ru - «Бесплатная электронная библиотека - интернет материалы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.