电子器件课程设计

电子器件课程设计报告——双极型晶体管设计一、课程设计任务及目的：《微电子器件根底》是作者在十余年讲授《微电子器件根底》课程的根底上总结、修订，补充而编写的，是作者多年授课阅历和从事相关科研工作成果的总结。书中重点介绍PN结二极管、结型晶体管和MOS场效应晶体管这三种根底微电子器件的工作原理和根本特还简要介绍了一些代表性的其他器件如特别二极管件和电荷耦合器件等。在生疏晶体管根本理论和制造工艺的根底上要1、选定图形构造；3、确定纵向构造参数；4、确定横向构造参数；5、验算参数是否满足要求；6、确定器件构造及工艺幅员。主要要求是依据给定的晶体管电学参数的设计指标的纵、横向构造参数设计，制定实施工艺方案，并对各参数进展检测等,通过完整的设计计算过程,我们可以更深入地把握晶体管的根本原理及生产工艺流程。二、设计要求：所要设计的双极型晶体管的主要参数如下：(mW)(V)(mA)(mA)(MHz)(μA)(ns)(ns)100030200400/2030010PCPCICfTICBOtontof构参数之间的相互关系，双极晶体管的电学参数可分为直流参数大类，如下所示：1、直流参数反向电流Iebo,Icbo,Iceo主要与寿命，空间电荷区宽度有关饱和压降Vces：主要与r和r有关b csVbe：主要由rb电流增益β(α)：主要与W，Nb B2、沟通参数

,N有关E输入、输出电容C特征频率fT

，还与A

、

和打算rb

ec e、b C d功率增益Kp：主要由fT，CCrb打算。ton,toff：主要与Ae

,A 基区和集电区少子寿命c ,和集电区厚度W打算；C噪声系数NF

：主要由rf打算b T3、极限参数击穿电压BVebo,BVcbo,BVceo：BV 和BV 主要由N、CEO CBO CWXC

BVEBO

主要由放射结边界的基区外表浓度打算。E最大电流ICM:LE

、集电区杂质浓度N 有C关，或与WB

、N有关。B最大耗散功率PCM:主要与热电阻R有关T二次击穿功率PSBRTTjm四、晶体管的纵向参数设计：双极晶体管是由放射结和集电结两个PN结组成的，晶体管的纵向构造就是指在垂直于两个PN结面上的构造。因此，纵向构造设计的任务有两个：首先是选取纵向尺寸，即打算衬底厚度W、集电区tW

、基区厚度W、集中结深X 和X等；其次是确定纵向C B je jcNCN 、外表浓度N N 以及基区杂质浓度分布N

()等，并将上sub ES, BS B述参数转换成生产中的工艺掌握参数。1击穿电压主要由集电区电阻率打算，即集电区杂志浓度由击穿电压打算，在满足击穿电压要求的前提下V时，集电结可用突变结近似。Si器件击穿电压为VB

610

N 3,由此可得集电区杂质浓度为

N C

61013 3BVCBO

61013 4〔 )3n1BVCEO带入上式可得 =2.52*，一般的晶体管各区的浓度要满足 ,取：，即各区的杂质浓度为：2.52*, 2.52*由少子迁移率与杂质浓度的关系图〔如右〕可知,,,,2、集电区厚度的计算〔1〕集电区厚度的最小值集电区厚度的最小值由击穿电压打算。通常为了满足击穿电压的要求，集电区厚度WC必需大于击穿电压时的耗尽层宽度，即WCXmB〔XmB是集电区临界击穿时的耗尽层宽度。对于高压器件，在击穿电压四周，集电结可用突变结耗尽层近似，因而W X

2[ 0 S

BVCBO

1= =1.247umC mB qNC即集电区厚度最小值为1.2472)集电区厚度的最大值WC的最大值受串联电阻rcsrcs增加，饱和压降VCES增大。3、基区宽度的计算基区宽度的最大值，因此低频器件的基区宽度最大值由1时，电流放大系数B1[W2]B L2nb

，设计过程中取4。由公式求得基区宽度的最大值为：=8.24um要求愈高，则基区宽度愈窄。因此，在满足要求的前提下，可以将基区宽度选的宽一些，使电流在传输过程中渐渐分散开，以提高二次击穿耐量。基区宽度的最小值为了保证器件正常工作，在正常工作电压下基区确定不能穿通。因此，对于高耐压器件，基区宽度的最小值由基区穿通电压打算。对层宽度为2X [ 0

N 1D BV ]2mB qNA

N ND

CBO将数据代入其中求得0.119um则由上述计算可知基区宽度的范围为：0.119um<<8.24um4、集中结结深的计算：击穿电压随结深变浅而降低，因而为了提高击穿电压，要求集中结深一些。同时，当放射极条宽SeXj条件时，集中结面可近似当做平面结。但当Se随着特征频率fT的提高，基区宽度Wb变窄而减小到不满足SeXj条件时，放射结变为旋转椭圆面，当se与Xj接近时，有效特征频率为 f

3 f (W )Teff

2 1 T B0 0式中0

X WB

。因此，XjcWB

愈大，有效特征频率愈低。由于基区积存电Xje 1,WB

Xjc 2WB故放射结结深为集电结结深为5、杂质外表浓度在纵向构造尺寸选定的状况下，放射区和基区外表杂志浓度及和基区电阻Rb。减小基区电阻Rb要求提高基区平均杂质浓度Nb和外表浓度NBS应。提高放射效率则要求减小RseRse

，增大放射区和基区浓度差异。为sbES区外表浓度相差两个数量级以上即N 102,一般选取N=5102cm-3ESESNBS左右，结较深时，也可选取到1121c-3。6、芯片厚度和质量芯片的厚度等于外延层厚度和衬底厚度之和集电结结深、集电区厚度、衬底反集中层深度打算。外延层的质量指300um以上，但最终都要减薄到150~200um。五、晶体管的横向参数设计LE由于存在电流集边效应，使放射极有效条宽受到限制，但在有效2SeffIeo由集电极最大电流ICM即可确定放射极的总周长为LE

I CMIeo在设计过程中,Ieo往往按阅历数据来进展选取Ieo愈小，由设计要求可知，=300MHz,依据阅历可知，Ieo=0.8~1.6A/cm；故LE

I CMIeo

0.2 cm0.125cm1.62、单元放射极条宽Se由于电流集边效应，器件的电流容量并不随放射极面积的增加而增大，因而，从提高图形优值动身宽2Seff，但是，对于高频功率管，由于基区宽度较窄，基区薄层电se2seff使器件成品率下降。因此，在图形优值要求不是特别高则引线孔尺寸为由光刻精度打算的最小尺寸尺寸加上套刻间距。3、延长电极延长电极是指延长到基区面积以外的SiO2膜上的金属电极，其MOS电容与管壳电容一起超过集电结势垒电容的一半时的功率增益就会产生显著影响。因此，必需减小延长电极面积增加厚氧化层厚度，一般选取延长电极边长为内引线直径的1.5~3倍。同时，为了使放射极电流分布均匀，并尽量缩短内引线长度，以引线条数。4、基区和放射区而积放射区面积取基区面积取

=10*10=100=30*20=600六、晶体管的热学设计１、晶体管的散热—热传导方式晶体管最大耗散功率取决于最高结温顺热阻〔Tjm－TA)/Pcm=ΣRTi打算, Tjm：最高结温，由半导体材料打算.Si：Tjm=150~200oCGe：Tjm=85~125oCTA：管壳温度，选择适宜的管壳，具有良好的导热性及绝缘性能。Pcm：最大耗散功率，设计要求为PC=1000(mW)Pcm=PD=P0/ηP0：输出功率，η：工作效率２、热量分布均匀化集中，可能导致局部击穿及二次击穿。因此，应使产生热量在整个芯片面积上均匀分布和准时散发。３、材料热匹配形成晶体管的各种材料〔〕应具有良好的热匹配，选择热膨胀系数相差尽可能小的各种材料，或增加过渡层材料，避开热应力使管芯裂开。1清洗→氧化→光〔光刻基区→硼预集中→硼再集中〔基区集中〕→去氧化膜→氧化工艺→光刻〔光刻放射区〕〕〔光刻接触孔〔光刻接触电极〕→参数检测2、晶体管的构造本次课程设计师我第一次做课程设计，遇到很大的问题，主要缘由是学习