晶体管设计.doc

文档介绍：1 目录 ………………………………………………………… 2 …………………………………………………………………… 2 …………………………………………………………… 2 管图形结构的选择……………………………………………………… 3 …………………………………………………………… 3 (1)各区掺杂浓度及集电极外延材料电阻率的选取…………………… 3 (2)各区少子迁移率、扩散长度的计算………………………………… 4 (3)集电区厚度 Wc的选择………………………………………………… 6 (4)基区宽度的选取……………………………………………………… 7 (5)发射极和集电极结深的选取………………………………………… 8 ……………………………………………………………… 8 (1)单元发射极宽度、长度和个数的选取……………………………… 8 (2)发射区和基区面积的选取…………………………………………… 9 …………………………………………………………………… 10 …………………………………………………………………… 11 9晶体管课设心得体会……………………………………………………… 12 2 NPN 双极型晶体管的设计 1 、课程设计目的与任务《电子器件课程设计》是继《微电子器件基础》、《微电子工艺》和《半导体物理》理论课之后开出的有关微电子器件和工艺知识的综合应用的课程,使我们系统的掌握半导体器件,集成电路,半导体材料及工艺的有关知识的必不可少的重要环节。目的是使我们在熟悉晶体管基本理论和制造工艺的基础上,掌握晶体管的设计方法。要求我们根据(1)分析设计指标,确定主要参数;(2)选择合适工艺, 确定工艺水平;(3)根据参数要求和工艺水平计算管芯纵、横向结构参数;(4) 主要参数验算或器件、工艺模拟;(5 )画出器件版图等设计过程的训练,为从事微电子器件设计、集成电路设计打下必要的基础。 2 、设计的内容设计一个均匀掺杂的 pnp 型双极晶体管,使 T=300K 时, h FE/I C=500/2mA , BV CBO=30V. 晶体管工作于小注入条件下,最大集电极电流为 I C=100 mA ,集电极耗散功率 Pc=300mW 。特征频率 f T=300MHz 。设计时应尽量减小基区宽度调制效应的影响。 3 、设计的要求与数据(1)了解晶体管设计的一般步骤和设计原则。(2)根据设计指标设计材料参数,包括发射区、基区和集电区掺杂浓度 N E,N B, 和N C,根据各区的掺杂浓度确定少子的扩散系数,迁移率,扩散长度和寿命等。(3)根据主要参数的设计指标确定器件的纵向结构参数,包括集电区厚度 W c, 基本宽度 W b,发射区宽度 W e和扩散结深 X jc,发射结结深 X je等。(4)根据设计指标确定器件的图形结构,设计器件的图形尺寸,绘制出基区、发射区的光刻版图。在设计过程中,应该着力解决以下两对矛盾:一是高频率和大功率的矛盾, 3 二是设计指标与加工难度的矛盾。对于前者,在晶体管处于大注入工作状态时,会产生集电极电流集边效应、基区电导调制效应和基区宽变效应等,以上效应会对基区渡越时间τB进而对特征频率 fT产生影响;对基区电阻 rb、有效基区宽度 Wb、集电极电容等等均会有所改变; 此外,设计指标中,为了使功率晶体管既能达到比较高的设计使用指标要求, 同时又要考虑到加工难度不能过高,要符合目前的加工工艺水平,这就要求对各方面要求要综合考虑,找到最优方案。 4、 NPN 管图形结构的选择 NPN 管的图形结构如下: 5 、确定纵向结构参数纵向结构参数主要是指结深、基区宽度、外延材料的电阻率和厚度以及各区中杂质浓度,下面分别进行估算。(1)各区掺杂浓度及集电极外延材料电阻率的选取击穿电压主要由集电区电阻率决定。因此,集电区电阻率的最小值由击穿电压决定,在满足击穿电压要求的前提下,尽量降低电阻率,并适当调整其他参量, 以满足其他电学参数的要求。对于击穿电压较高的器件,在接近雪崩击穿时,集电结空间电荷区已扩展至均匀掺杂的外延层。因此,当集电结上的偏置电压接近击穿电压 V时,集电结可用突变结近似,对于 Si器件击穿电压为 4 3 13 10 6 ???) ( BC BNV ,由此可得集电区杂质浓度为: 3 413 3 413)1 10 610 6 CEO n CBO C BV BV N??????( ) ( 4 由设计的要求可知 C-B 结的击穿电压为: BVCBO =30V 根据公式,可算出集电区杂质浓度: 316 3 413 3 413 cm x10 52 .230 10 x610 x6 ??