NPN型双极晶体管解读

1、微电子器件课程设计报告题目: _NPN型双极晶体管班级：微电0802班学号：080803206姓名：李子忠指导老师：刘剑霜2011年6月6日一、目标结构NPN型双极晶体管二、目标参数最终从IV曲线中提取出包括fT和Gain在内的设计参数.三、在该例中将使用：（1）多晶硅发射双极器件的工艺模拟；（2）在DEVEDIT中对结构网格重新划分；（3）提取 fT 和 peak gain.ATLAS中的解过程：1. 设置集电极偏压为2V.2. 用log语句用来定义Gummel plot数据集文件.3. 用extract语句提取 BJT的最大增益maxgain以及最大ft,maxft.Gummel plot

2、:晶体管的集电极电流Ic、基极电流Ib与基极-发射极电 压Vbe关系图（以半对数坐标的形式）.四、制造工艺设计4.1. 首先在ATHEN冲定义0.8um*1.0um的硅区域作为基底，掺杂为 均匀的砷杂质，浓度为2.0e16/cm3,然后在基底上注入能量为18ev， 浓度为4.5e15/cm3的掺杂杂质硼，退火，淀积一层厚度为0.3um的多 晶硅，淀积过后，马上进行多晶硅掺杂，掺杂为能量50ev,浓度7.5e15/cm3的砷杂质，接着进行多晶硅栅的刻蚀（刻蚀位置在0.2um处）此时形成N+型杂质（发射区）。刻蚀后进行多晶氧化，由于氧化 是在一个图形化（即非平面）以及没有损伤的多晶上进行的，所以使

3、用的模型将会是fermi以及compress,进行氧化工艺步骤时分别在干氧和氮的气氛下进行退火，接着进行离子注入，注入能量18ev,浓度2.5e13/cm3的杂质硼，随后进行侧墙氧化层淀积并进行刻蚀，再一次注入硼，能量30ev，浓度1.0e15/cm3，形成P+杂质(基区)并 作一次镜像处理即可形成完整 NPN吉构,最后淀积铝电极。4.2. 三次注入硼的目的：第一次硼注入形成本征基区；第二次硼注入自对准(self-aligned) 于 多晶硅发射区以形成一个连接本征基区和p+基极接触的 connection.多晶发射极旁的侧墙(spacer-like)结构用来隔开p+基极接触和提供自对准.在模

4、拟过程中，relax 语句是用来减小结构 深处的网格密度，从而只需模拟器件的一半；第三次硼注入，形成p+ 基区。43遇到的问题经常遇到这样一种情况：一个网格可用于工艺模拟，但如果用于器件 模拟效果却不甚理想.在这种情况下，可以用网格产生工具DEVEDIT用来重建网格，从而以实现整个半导体区域内无钝角三角形.五、原胞版图和工艺仿真结果：用工艺软件ATHEN制作的NPN基本结构：用Cutline工具截取Boron的浓度分布图如下:scs-ine HsAsenic3wHnTTanypof W.8.4PRIzyl*l-iJi-helmi 町 jIs弹ey*cPKPertlMklI1ycprM 三rl-

5、T-gsmm克erkL Prum xskEE=_-常rc 11 on-1I DM第.Ts.i 口.営-1 1 pg ncmnoiK*!s MXESL丢orEE 一号巴iiirccn单斗iiirccnRfdflnni i fmfn dridkhEMcSKUini f Cl-711? .lii 1-1).7112 . 0-4911IM 甲立 Q.3tifecrarM 7 Q.R 事 1用Cutline工具截取净掺杂的浓度分布图如下：最后结果如图.可以看出：发射极、基极、集电极的净掺杂浓度分别为10的19、17（接触处为19）、16次方量级.TonyPlot V2.8.40lRil E W EPll

6、 rj Twit Vj h-lftt !) Propfrllfit rj Help JHOI电El1SJfl耐15.S三H JG=13,3p 三一3三=三-mi- P3P三 pmp-半导暉圃眷谨程设. Excd口尅 HLWOicft TLL:23参数提取：结深及方块电阻的提取图:帰呎讣仲 |丄附wIJI LImlS盟E7：r_J .汕山 呻托city 血5 kail J g;心MWMAEtTOACT 1fl1t inf-/&Hp/d*cktfcIM50i：T*BEXTRACTj extrct naspBbc-iiKiB ?j aeteriiaiTSilicon mat.QEitTRACir E

7、XTRACT. 直灯C*ij BiUf Sil-4S111 W* mlXCWl 兔艸t-0,稈 JuK,KCni5-1InfT-Q貝瞒M3 * froa tp flf firit Silica Itytr X4srtM.r5EXTOE 审Ejduar，hEMTRKT RKtrvcl nwthf vhet-rfs- nutfr 1l$1l1ic：Qn mt班Ed x.vkIu 75 割巾输强cngl oWsr#Ejm*：T EUmCT”ew-bthi fhMC.rtl maT*r1*1-B5rh:fin Brit軾细Al x.YtlO.OI r1i4n.DCiasheet-i 03, SK gh

8、v/svuiart i.valJ.QriEmUCT put to* Al M ttcll W forai C4fitCtSTEUT、qv1t运行结果:结深：bc-nxj=0.10218um,be-nxj=0.406303um方块电阻：b-sheet=121.458ohm/square,e-sheet=103.565ohm/square电流方法倍数即电流增益和ft的提取图:运行结果:peak collector curre nt=0.000397951 Apeak gain=83.1365 , max fT=7.69477e+09特征频率：使集电极电流与基极电流之比下降到1的信号频率,也就是无法

9、将输入信号放大时的频率.因此也称截至频率.六、实验心得体会近一周的微电子器件课程设计结束了，通过本次设计，我们学会了用silvaco进行器件仿真，并且懂得了NPN基本结构的工艺流程以及如何提取器件参数，培养了我们独立分析问题和解决问题的能力，懂得 了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题， 可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的 问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，希望自己在今

10、后的学习中不 断加强理论和实践相结合，提高自己各方面能力。在此感谢老师的耐 心指导和队友的默契合作。附录：模拟程序：工艺模拟：go athe na#TITLE: Polysilic on Emitter Bipolar Example - Ssuprem4-Devedit-Spisces2# If you do not have Devedit: Please comme nt these lines out.line x loc=0.0spaci ng=0.03line x loc=0.2 line x loc=0.24 line x loc=0.3 line x loc=0.8 spaci

11、 ng=0.02spaci ng=0.015spaci ng=0.015spaci ng=0.15line y loc=0.0 line y loc=0.07line y loc=0.1line y loc=0.12line y loc=0.3line y loc=0.5line y loc=1.0spaci ng=0.01spaci ng=0.01spaci ng=0.01spaci ng=0.01spaci ng=0.02spaci ng=0.06spaci ng=0.35#init c.arse ni c=2e16#impla nt boronen ergy=18 dose=2.5e13

12、diffuse time=60 temp=920# deposit polysilic ondeposit poly thick=0.3 divisi on s=6 min. space=0.05# Impla nt to dope polysilic onimpla nt arse nic dose=7.5e15 en ergy=50# Patter n the polyetch poly right p1.x=0.2relax y.mi n=.2 x.mi n=0.2relax y.mi n=.2 x.mi n=0.2method compress fermidiffuse time=25

13、temp=920 dryo2diffuse time=50temp=900 n itroge nimpla nt boron dose=2.5e13 en ergy=18# deposit spacerdeposit oxide thick=0.4 divisi on s=10min. space=0.1# etch the spacer backetch oxide dry thick=0.5impla nt boron dose=1e15 en ergy=30diffuse time=60 temp=900n itroge n# put dow n Al and etch to form

14、con tactsdeposit alum thick=0.05 div=2etch alu min start x=0.15 y=-10etch con ti nuex=0.15 y=10etch con ti nuex=0.6 y=10etch donex=0.6 y=-10structure reflect leftstretch stretch.val=0.1 x.val=0.0# Name the electrodes for use with ATLAS.base and base1 will be slaved #duri ng device simulatio n with t

15、he CONTACT stateme nt.electrode x=0.0n ame=emitterelectrode x=-0.7n ame=baseelectrode backsiden ame=collectorelectrode x=0.7n ame=base1# Save the final structurestructure outfile=bjtex03_0.str# Completely remesh the structure without obtuse tria ngles in the semic on ductor# Use the Sen sitivity & M

16、in spaci ng parameters to adjust the mesh den sity.# . the smaller the Sen sitivity, the den ser the mesh.go deveditbase.mesh height=0.25 width=0.25boun d.c ond apply=false max.ratio=300con str.mesh max.a ngle=90 max.ratio=300 max.height=1 max.width=1 min .height=O.OOO1 mi n. width=0.0001con str.mes

17、h type=Semic on ductor defaultcon str.mesh type=In sulator default max.a ngle=170con str.mesh type=Metal default max.a ngle=180# Define the minimum mesh spaci ng globally.imp.refi ne min. spaci ng=0.025# Select a list of soluti on (impurity) gradie nts to refine upon.imp.refi ne imp=Arse nic sen sit

18、ivity=0.5imp.refi ne imp=Boro n sen sitivity=0.5# now mesh the structure.mesh#struct outfile=bjtex03_1.strton yplot bjtex03_1.str -set bjtex03_1.set# Gummel Plot Test #器件模拟go atlas# set material models etc.material taunO=5e-6 taup0=5e-6con tact n ame=emitter n. poly surf.reccon tact n ame=base com mon=base1 shortmodels bipolar print# in itial solutio nsolve in it# cha nge to two carriersmethod n ewt on aut onr trapsolve prev# set the collector biassolve vcollector=2 local# start ramp ing the basesolv