реферат, рефераты скачать Информационно-образоательный портал
Рефераты, курсовые, дипломы, научные работы,
реферат, рефераты скачать
реферат, рефераты скачать
МЕНЮ|
реферат, рефераты скачать
поиск
Моделирование распределения примесей в базе дрейфового биполярного транзистора

Моделирование распределения примесей в базе дрейфового биполярного транзистора

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Херсонський національний технічний університет

Кафедра фізичної електроніки й енергетики











РОЗРАХУНКОВО-ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА

ДО РОЗРАХУНКОВО-ГРАФИЧНОЇ РОБОТИ

з дисципліни

“МОДЕЛЮВАННЯ В ЕЛЕКТРОНІЦІ”

на тему:

“Моделювання розподілу домішків в базі дрейфового біполярного транзистора”

2007 р

Задани

Построить зависимость прямого коэффициента усиления по току ВN от частоты BN=f(f) и зависимость предельной частоты от тока эмиттера (коллектора) fT=f(IK) для кремниевого биполярного дрейфового n-p-n транзистора, если задано:

- концентрация примеси на переходе коллектор-база – NКБ = 3∙1015 см-3;

- концентрация примеси на переходе эмиттер-база – NЭБ = 1,5∙1017 см-3;

- толщина базы по металлургическим границам p-n переходов - Wбо = 1,2 мкм;

- площадь эмиттера – SЭ = 8∙10-5 см2;

- площадь коллектора- SК = 1,2∙10-4 см2;

- сопротивление области коллектора - RK = 35 Ом;

- сопротивление базы – rб = 45 Ом;

- собственная концентрация носителей в кремнии - ni =1,4∙1010 см-3;

- константа для расчета времени жизни электронов - τno= 1,5∙10-6 с;

- константа для расчета времени жизни дырок - τpo = 3,6∙10-7 с;

- рабочее напряжение на коллекторе (напряжение измерения параметров)- VK = 4 В;

- диапазон рабочих токов эмиттера (коллектора) IЭ= IК = (0,1 - 100) мА.

Расчет вспомогательных величин, необходимых для дальнейших расчетов

Все величины рассчитываются для нормальных условий (Р=1 атм., Т= 3000К). Этот расчет проводится в следующем порядке:

а). Контактная разность потенциалов на p-n переходах определяется по выражению [1,6]:


;(1.1.)


где: - φТ – тепловой потенциал, , равный при Т = 3000К, φТ = 0,026В;

-                     Npn – концентрация примеси на p-n переходе.

Подстановка численных значений концентраций из задания дает:

-                     для коллекторного перехода при Npn = NКБ


;


-                     для эмиттерного перехода при Npn = NЭБ


;


б). Время жизни электронов вблизи p-n переходов оценивается по выражению:


;(1.2)


и будет составлять:

-                     для эмиттерного p-n перехода


в). Время жизни дырок вблизи p-n переходов оценивается по выражению:


(1.3)


и будет составлять:

-                      для эмиттерного p-n перехода



г). Подвижность электронов вблизи p-n переходов определяется по выражению [4,7]:


(1.4)


-                     и для эмиттерного p-n перехода:


д). Подвижность дырок вблизи p-n переходов определяется по выражению [7]:


(1.5)


-                     и для эмиттерного p-n перехода:



е). Коэффициент диффузии носителей заряда вблизи p-n переходов определяется соотношением Эйнштейна [1, 4, 6, 7]:


(1.6)


и будет равен:

-                     для электронов вблизи эмиттерного p-n перехода:



-                     для дырок вблизи эмиттерного p-n перехода:


ж). Диффузионная длина носителей заряда вблизи p-n переходов определяется по выражению [1, 4, 6]:


;(1.7)


и будет составлять:

-                     для электронов вблизи эмиттерного p-n перехода:


;


- для дырок вблизи эмиттерного p-n перехода:


Расчет типового коэффициента усиления дрейфового транзистора

Для расчета коэффициента усиления по току и времени пролета носителей через базу n-p-n транзистора вначале необходимо определить характеристическую длину акцепторов в базе по выражению [4]:


 (1.8)


Она будет равна:


 

Затем определим толщину активной базы Wба в заданном режиме измерения по выражению:


 (1.9)


где: - ε – диэлектрическая постоянная материала, равная для кремния 11,7;

-                     ε0 – диэлектрическая проницаемость вакуума, равная 8,86∙10-14 Ф/см;

-                     е – заряд электрона, равный 1,6∙10-19 Кл.

- VK – рабочее напряжение на коллекторе транзистора.

При подстановке численных значений получим:



Коэффициент переноса носителей через базу для дрейфового n-p-n транзистора определяется по выражению:


 (1.10)


и он будет равняться:


 0,99819


Коэффициент инжекции для дрейфового n-p-n транзистора определяется по выражению:


 (1.11)


и будет составлять:


0,99609


a)                Коэффициент передачи тока любого биполярного транзистора – α определяется по формуле:


 (1.12)


где: æ – коэффициент эффективности коллектора.

Обычно считают, что для кремниевых транзисторов значение æ = 1.

Подстановка численных значений в формулу (1.12) дает для n-p-n транзистора значение:

 

Прямой коэффициент усиления по току для n-p-n транзистора определяется выражением:


; (1.13)


Подстановка численных значений дает значение:

173 (ед.)

Расчет частотных свойств биполярного дрейфового транзистора


В общем виде предельная частота fT транзистора определяется по выражению:


 (1.14)


где:

-                     τз – время задержки сигнала;

-                     τк – время переключения емкости коллектора;

-                     τэ – время переключения емкости эмиттера;

-                     τпр.б – время пролета базы неосновными носителями;

-                     τопз – время пролета ОПЗ коллекторного р-п перехода;

Времена переключения емкостей определяются по временам заряда-разряда RC-цепей.

Время переключения емкости коллектора τк определяется по выражению:


 (1.15)


где: Ск –емкость коллектора,


 (1.16)


и при подстановке численных значений составляет:


 

С учетом полученных значений и используя выражение (1.15) получаем:


 


Время пролета базы определяется по выражению [4]:


 (1.17)


и будет равно:


 


Время пролета ОПЗ p-n перехода коллектор-база определяется по выражению [4]:


 (1.18)


где:

-                     Vдр.н. – дрейфовая скорость насыщения, которая для электронов в кремнии равна 1∙107 см/с.

При подстановке численных значений получим:


 


Время переключения емкости эмиттера τэ в транзисторе определяется по выражению:

 (1.19)


Барьерная емкость p-n перехода эмиттер-база в прямом включении определяется по выражению:


 (1.20)


и при подстановке численных значений будет составлять:


 


Учитывая, что при коэффициентах усиления по току ВN≥50 ед., ток эмиттера мало отличается от тока коллектора, то дифференциальное сопротивление эмиттера в заданном режиме измерений определяется выражением:


 (1.21)


где:

-                     φT – тепловой потенциал, который для кремния при T=300°K составляет ;

-                     КЗ – коэффициент запаса, принимаемый в диапазоне от 1,05 до 1,2 и принятый в данном случае равным КЗ =1,1;

-                     IK – ток в режиме измерения параметров транзистора.

Расчет дифференциального сопротивления эмиттера проводится для указанного в задании диапазона токов эмиттера или коллектора. В данном случае это сопротивление рассчитывают для токов коллектора: 0,1 мА (1∙10-4 А); 0,2 мА (1∙10-4 А); 0,5 мА (1∙10-4 А); 1 мА (1∙10-3 А); 2 мА (1∙10-3 А); 5 мА (5∙10-3 А); 10 мА (1∙10-2 А); 20 мА (2∙10-3 А); 50 мА (1∙10-3 А); 100 мА (1∙10-3 А). Данные расчета дифференциального сопротивления эмиттера по выражению (1.21) для указанных токов приводятся в таблице 1.1.

Данные расчета времени переключения емкости эмиттера по выражению (1.19) приводятся в таблице 1.1.

Данные расчета предельной частоты переменного сигнала в транзисторе по выражению (1.14) приводятся в таблице 1.1.

Пример расчета предельной частоты при токе коллектора, равного 2 мА:

- согласно (1.21):


14,3 Ом;


- согласно (1.19):


1,487∙10-10 с;


- согласно (1.14):



Таблица 1.1

Данные расчета предельной частоты биполярного транзистора при разных токах коллектора

τк , с

τпр.б , с

τопз , с

СЭ, Ф

IК, А

RЭ, Ом

τЭ , с

fT, Гц





7,02∙10-12





1,3769∙10-10





7,07∙10-12





11,5∙10-12

1∙10-4

286

2,974∙10-9

4,99∙107

2∙10-4

143

1,487∙10-9

9,36∙107

5∙10-4

57,2

5,949∙10-10

1,97∙108

1∙10-3

28,6

2,974∙10-10

3,12∙108

2∙10-3

14,3

1,487∙10-10

4,41∙108

5∙10-3

5,72

5,95∙10-11

5,86∙108

1∙10-2

2,86

2,97∙10-11

6,58∙108

2∙10-2

1,43

1,49∙10-11

7,00∙108

5∙10-2

0,57

5,9∙10-12

7,29∙108

1∙10-1

0,29

3,0∙10-12

7,39∙108


Литература


1.                Трутко А.Ф. Методы расчета транзисторов. Изд 2-е, перераб. и доп.- М.: Энергия, 1971.- с.272.

2.                Курносов А.И., Юдин В.В. Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем.- М.: Высш. школа, 1979.- 367 с.

3.                Фролов А.Н., Шутов С.В., Самойлов Н.А. Оперативная оценка  концентрации примеси в эмиттере при проектировании дрейфовых  n-p-n транзисторов // Письма в ЖТФ,-1996г,-т.22, вып.7,- с. 36-38.

4.                Кремниевые планарные транзисторы./ Под ред. Я.А. Федотова.-М.: Сов. радио, 1973.- с.336.

5.                Фролов А.Н., Литвиненко В.Н., Калашников А.В., Бичевой В.Г., Салатенко А.В. Исследование коэффициента диффузии бора в кремнии от технологических режимов // Вестник ХГТУ, 1999г. - № 3(6). – с. 97-99.

6.                Викулин И.М., Стафеев В.И. Физика полупроводниковых приборов.-2-е изд. перераб. и доп.- М.: Радио и связь, 1990.- с.264.

7.                Маллер Р., Кейминс Т. Элементы интегральных схем: Пер. с англ.- М.: Мир, 1989.- с.630.

8.                Фролов А.Н., Шутов С.В., Самойлов Н.А. Влияние профиля  легирования на пробивные напряжения коллекторного перехода в  планарных n-p-n транзисторах // Журнал технической физики,- 1998г.,-т.68, №10,- с.136-138.

9.                Интегральные схемы на МДП-приборах./ Пер. с англ. под ред. А.Н. Кармазинского.- М.: Мир, 1975

Дополнительная литература

10.           1. Зи С. Физика полупроводниковых приборов: В 2-х книгах. Перевод с англ.- М.: Мир, 1984.

11.           Березин А.С., Мочалкина О.Р. Технология и конструирование интегральных микросхем: Под ред. И.П. Степаненко.- М.: Радио и связь, 1983.- с.232.

12.           Конструирование и технология микросхем: Под ред. Л.А. Коледова,- М.: Высш. школа, 1984,- с.231.

13.            Пономарев М.Ф., Коноплев Б.Г. Конструирование и расчет микросхем и микропроцессоров.- М.: Радио и связь, 1986.- с.176.

 Ю. Пожела, В. Юценене. Физика сверхбыстродействующих транзисторов.- Вильнюс.: Мокслас, 1985.- с.112.




© 2003-2013
Рефераты бесплатно, рефераты литература, курсовые работы, реферат, доклады, рефераты медицина, рефераты на тему, сочинения, реферат бесплатно, рефераты авиация, курсовые, рефераты биология, большая бибилиотека рефератов, дипломы, научные работы, рефераты право, рефераты, рефераты скачать, рефераты психология, рефераты математика, рефераты кулинария, рефераты логистика, рефераты анатомия, рефераты маркетинг, рефераты релиния, рефераты социология, рефераты менеджемент.