Реферат: Физико-топологическая модель интегрального биполярного п-р-п-транзистора - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

Физико-топологическая модель интегрального биполярного п-р-п-транзистора

Банк рефератов / Радиоэлектроника

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Архив Zip, 258 kb, скачать бесплатно
Обойти Антиплагиат
Повысьте уникальность файла до 80-100% здесь.
Промокод referatbank - cкидка 20%!

Узнайте стоимость написания уникальной работы

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ


КАФЕДРА РЭС











РЕФЕРАТ

НА ТЕМУ:


ФИЗИКО-ТОПОЛОГИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ИНТЕГРАЛЬНОГО БИПОЛЯРНОГО п-р-п-ТРАНЗИСТОРА








МИНСК, 2009


Физико-топологическая модель — модель расчета электрических параметров, исходными параметрами которой являются электрофизические характеристики полупроводниковой структуры и топологические размеры транзистора (см. рис.1). Электрофизические характеристики: концентрация собственных носителей заряда, ширина запрещенной зоны и диэлектрическая проницаемость полупроводника, времена жизни, тепловые скорости, концентрации и сечения ловушек захвата, подвижности, коэффициенты диффузии и концентрации примесных электронов и дырок. Многие из этих параметров зависят от профиля легирования (распределения концентрации легирующих примесей вглубь) транзисторной структуры.

Топологические размеры: длина эмиттера Lэ; ширина эмиттера Zэ; расстояния от базового контакта до края базы dбб.

Параметры профиля легирования (см. рис. 1,в): концентрация донорной примеси в эпитаксиальном коллекторном слое Nдк, глубины залегания р-п-переходов коллектор-база хк и эмиттер-база хэ, концентрации акцепторной примеси на поверхности базы Nan и донорной примеси на поверхности эмиттера Nдn, толщина эпитаксиальной пленки WЭП.

Распределение концентрации акцепторной примеси при формировании базы путем двухстадийной диффузии находится из выражения


(1)


где t1a и t2a — время "загонки" и "разгонки" акцепторной примеси;

D1a и D2a — коэффициенты диффузии акцепторной примеси при "загонке" и "разгонке".

Рис. 1. Разрез структуры и топология БТ: а - структура БТ; б - эскиз топологии БТ;в - параметры профиля легирования БТ


Распределение концентрации донорной примеси при формировании эмиттера путем одностадийной диффузии рассчитывается по формуле


(2)


где Dд и tд — коэффициент и время диффузии донорной примеси.

Коэффициент диффузии определяется выражением


D = Doexp(?E/KT), (3)


где Do — постоянная коэффициента диффузии примеси;

?E — энергия активации примеси;

К — постоянная Больцмана;

Т — абсолютная температура диффузии примеси.

Согласно (1) и (2) для расчета концентрации на любой глубине х транзисторной структуры необходимо знать значения времени диффузии t2a и tд (t1a задается), которые определяются при решении уравнений


Na ( xк, t ) = Nдк, (4)

Nд ( xэ, t ) = N.( xэ, t2а ). (5)


Уравнения (4) и (5) являются условиями образования p-n-перехода. При решении этих уравнений относительно t2a и tд величины Naп, Nдn, Nдк, хэ, хк являются исходными параметрами модели и задаются разработчиком.

Интегральные БТ работают при малых токах коллектора Iк (1... 1000 мкА).

При таких токах коллектора статический коэффициент передачи тока в схеме с общим эмиттером может быть рассчитан по формуле


(6)


где Iби — составляющая тока базы, обусловленная инжекцией дырок из базы в эмиттер;

Iбп и Iб р-п — составляющие тока базы, обусловленные рекомбинацией на поверхности пассивной базы и в области пространственного заряда (ОПЗ) р-п-перехода база-эмиттер.

Для БТ, включенного по схеме с общим эмиттером (ОЭ), соблюдается следующее соотношение между токами эмиттера Iэ, коллектора Iк и базы Iб:

(7)


Для типичных значений Вст > 20 можно с погрешностью менее пяти процентов записать Iз  = Iк.

Ток Iэ обусловлен движением электронов, инжектированных из эмиттера в базу от эмиттерного к коллекторному p-n-переходу. Движение электронов по базе обусловлено двумя механизмами: диффузией и дрейфом. Диффузия электронов происходит из-за возникновения градиента электронов в результате увеличения их концентрации у эмиттерного края базы вследствие инжекции. Дрейф (движение под действием электрического поля) электронов по базе обусловлен наличием в ней ускоряющего поля, образующегося в неравномерно легированной (диффузионной базе) в результате диффузии дырок от эмиттерного к коллекторному краю базы. Возникает это поле в части базы, расположенной под эмиттером. На основании изложенного ток эмиттера может быть рассчитан по формуле


, (8)


где q — заряд электрона;

?п(х) — подвижность электронов в базе;

Е(х) — напряженность поля в базе;

п(х) — концентрация электронов в базе;

Dn(x) — коэффициент диффузии электронов в базе;

dn(x)/dx — градиент электронов в базе.

Концентрация инжектированных электронов описывается выражением


(9)


где про(х) — равновесная концентрация (при Uэб = 0) электронов в точке (см. рис. 1,в), которая определяется соотношением


(10)


где ni, - концентрация собственных носителей зарядов в кремнии.

Согласно (9) и (10) при уменьшении концентрации |Na(xэ")-Nд(xэ")| увеличивается концентрация инжектированных электронов в базу. Из чего следует, что инжекция электронов в данной части эмиттера будет больше, чем в базовой. Кроме того, в базе под эмиттером имеет место ускоряющее попе. Следовательно, наибольший ток эмиттера протекает через дно эмиттерной области и часть базы, расположенной под ней. Поэтому базу под эмиттером называют "активной", а окружающую эмиттер - "пассивной".

Подвижность ?п(х) и коэффициент диффузии Dn(x) растут с уменьшением концентрации легирующей примеси в базе (благодаря уменьшению столкновений с ионами легирующей примеси).

Напряженность поля Е(х) равна


(11)


где ?Т = k?T/q — температурный потенциал,

W'б = х'к- хэ" — толщина квазинейтральной базы (см. рис.1,в).

Из выражения (11) следует, что Е(х) увеличивается при уменьшении концентрации Nк и координаты х'к.

Границы областей пространственного заряда (ОПЗ) р-п-переходов, определяющие толщину квазинейтральной базы, рассчитываются следующим образом.

Переход база-эмиттер можно считать плавным и ширина его ОПЗ равна


(12)


где ?(xэ)=dn(xэ)/dx — градиент распределения концентрации легирующих примесей в ОПЗ, снижающийся при их уменьшении;

??о — диэлектрическая проницаемость кремния;

фкз — потенциальный барьер p-n-перехода база-эмиттер.

Потенциальный барьер p-n-перехода база-эмиттер рассчитывается по формуле


(13)


Ширина ОПЗ p-n-перехода коллектор-база


(14)


где — характеристическая длина в распределении акцепторов в базе;

фкк и Uкб — потенциальный барьер и напряжение на р-п-переходе коллектор-база.

Потенциальный барьер p-n-перехода коллектор-база находится из выражения


(15)


Из соотношений (12)...(15) следует, что ширина p-n-переходов база-эмиттер и коллектор-база увеличивается при уменьшении концентрации легирующих примесей в них, в частности при уменьшении Na(xэ) и Nдк.

Напряжение Uкб при включении БТ по схеме с ОЭ определяется из соотношения


(16)


где Uкэ — напряжение питания коллектора в схеме с ОЭ;

Rк — сопротивление области коллектора, по которой течет ток Iк.Граница ОПЗ p-n-перехода коллектор-база в базе х'к равна


(17)


Сопротивление области коллектора в соответствии с рис. 1,а определяется выражением (при этом сопротивление скрытой коллекторной области n+-типа и подконтактной области n+-типа не учитываются)


(18)


Градиент dn/dx можно найти из соотношения


(19)


или в соответствии с выражениями (9) и (10):


(20)


С учетом (10), (11) и (20) выражение (8) можно преобразовать к следующему виду:


(21)


где ? начальное (при Uбэ = 0) значение тока эмиттера.

Инжекционная составляющая тока базы Iби согласно (1) определяется выражением


(22)


где — начальное значение тока;

— равновесная концентрация дырок в эмиттере;

— напряженность тормозящего поля в эмиттере, образующегося в результате диффузии электронов от поверхности к р-п-переходу эмиттер-база;

— время жизни инжектированных дырок в эмиттере.

Рекомбинационная составляющая тока базы Iбп согласно (1) описывается выражением


(23)


где — начальное значение тока;

q — концентрация ловушек захвата электронов и дырок;

Sn, Sp — сечения ловушек захвата электронов и дырок;

Vtn, Vtp — тепловые скорости электронов и дырок;

Dп пов — коэффициент диффузии электронов на поверхности пассивной базы;

?п пов — время жизни электронов на поверхности пассивной базы;

Рэ — периметр эмиттера.

Параметры Nt, Sn, Sp, Vtn, Vtp не зависят от топологических размеров и профиля легирования. Коэффициент Dп пов и время ?п пов слабо зависят от концентрации акцепторов на поверхности. Кроме того, следует заметить, что ток Iбр в отличие от других составляющих тока базы пропорционален не площади, а периметру эмиттера. Последнее обстоятельство необходимо учитывать при анализе зависимости коэффициента передачи тока от топологических размеров эмиттера.

Рекомбинационная составляющая тока базы Iбр-п согласно (1) находится из выражения


(24)


где — времена жизни электронов и дырок в ОПЗ р-п-перехода эмиттер-база.

Времена ?по и ?ро уменьшаются с ростом концентрации легирующих примесей в ОПЗ.

На рис.2 приведены графики зависимостей всех рассмотренных токов от напряжения Uбэ, построенные для типичных значений электрофизических параметров (1), определяющих значения этих токов.

Рис. 2. Графики зависимостей:

а ? токов Iк, Iби, 1бn, 1бp-n, от напряжения Uбэ;

б ? коэффициента передачи тока от коллектора


Следует отметить, что рекомбинационные токи слабее зависят от напряжения база-эмиттер, что учитывается коэффициентом два в знаменателе экспоненциальных множителей выражений (23) и (24).

С учетом (6) и графиков, приведенных на рис.2,а, можно построить график зависимости Вст(Iк), представленный на рис.2,б.

Сильная зависимость коэффициента передачи тока от тока коллектора имеет место в диапазоне рабочих токов коллектора БТ. Поэтому при проведении исследований зависимости коэффициента Вст(Iк) от конструктивно-технологических параметров необходимо поддерживать ток Iк постоянным, что обеспечивается соответствующим изменением напряжения прямого смещения на p-n-переходе база эмиттер Uбэ. Напряжение Uбэ, обеспечивающее заданный ток Iк, с учетом принятого ранее допущения Iэ = Iк и соотношения (21) может быть рассчитано по формуле


(25)


Из выражения (25) следует, что при увеличении Iэо, которое может произойти при изменении конструктивно-технологических параметров БТ (при проведении соответствующих исследований), напряжение Uбэ.уменьшится, что приведет к уменьшению составляющих тока базы.

Граничная частота усиления БТ согласно (1) определяется выражением


, (26)


где - постоянная цепи заряда барьерной емкости p-n-p-перехода база-эмиттер Сбэ;

- время пролета через квазинейтральную базу;

- постоянная цепи заряда барьерной емкости p-n-p перехода коллектор-база Скб.

Барьерная емкость Сбэ, состоит из двух параллельно включенных емкостей донной и боковой частей p-n-перехода база-эмиттер:


Сбэ= Сбэдон+ Сбэбок, (27)


где Сбэдон=??0·zэ·Lэ/lбэ(xэ) – емкость донной части p-n-перехода база-эмиттер;


Сбэбок= - емкость боковой части p-n-перехода база-эмиттер;


Поскольку ширина ОПЗ зависит от концентрации легирующей примеси в p-n-переходе, а она в боковой части p-n-перехода изменяется по глубине, то Сбэбок также зависит от глубины и с учетом двухмерного распределения донорной примеси может быть определена из выражения

, (28)


где Nд(х,у) = Ndn·erfc[(х+1,5у)/2] — двухмерное распределение донорной (эмиттерной) примеси;


?кэбок(х) — контактная разность потенциалов боковой части р-n-перехода база-эмиттер(зависит от глубины по той же причине, что и ширина lбэбок.).

Сопротивление базы Rб можно представить состоящим из двух последовательно включенных сопротивлений активной и пассивной базы, по которым протекает ток базы от соответствующего вывода до р-n-перехода эмиттер-база:


Rб =Rба +Rбпас, (29)

где— сопротивление активной части базы;

— сопротивление пассивной части базы.


Барьерная емкость Скб: по аналогии с емкостью Сбэ также состоит из двух параллельно включенных емкостей донной и боковой частей р-п-перехода коллектор-база:


Скб=??0(Sкбдон+Sкббок), (30)


где Sкбдон и Sкббок — площади донной и боковой частей р-n-перехода коллектор-база. Поскольку коллектором является равномерно легированный эпитаксиальный слой, то концентрации легирующей примеси в боковой и донной частях этого р-n-перехода одинакова, а значит, и постоянна толщина ОПЗ lкб

Напряжения лавинного пробоя плавного р-п-перехода база-эмиттер:



и резкого р-п-перехода коллектор-база:



Литература


1. Новиков Ю.В. Основы цифровой схемотехники. Базовые элементы и схемы. Методы проектирования. М.: Мир, 2001. - 379 с.

2. Новиков Ю.В., Скоробогатов П.К. Основы микропроцессорной техники. Курс лекций. М.: ИНТУИТ.РУ, 2003. - 440 с.

3. Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я. Цифровые устройства: Учеб. пособие для ВТУЗов. СПб.: Политехника, 2006. - 885 с.

4. Преснухин Л.Н., Воробьев Н.В., Шишкевич А.А. Расчет элементов цифровых устройств. М.: Высш. шк., 2001. - 526 с.

5. Букреев И.Н., Горячев В.И., Мансуров Б.М. Микроэлектронные схемы цифровых устройств. М.: Радио и связь, 2000. - 416 с.

6. Соломатин Н.М. Логические элементы ЭВМ. М.: Высш. шк., 2000. - 160 с.

1Авиация и космонавтика
2Архитектура и строительство
3Астрономия
 
4Безопасность жизнедеятельности
5Биология
 
6Военная кафедра, гражданская оборона
 
7География, экономическая география
8Геология и геодезия
9Государственное регулирование и налоги
 
10Естествознание
 
11Журналистика
 
12Законодательство и право
13Адвокатура
14Административное право
15Арбитражное процессуальное право
16Банковское право
17Государство и право
18Гражданское право и процесс
19Жилищное право
20Законодательство зарубежных стран
21Земельное право
22Конституционное право
23Конституционное право зарубежных стран
24Международное право
25Муниципальное право
26Налоговое право
27Римское право
28Семейное право
29Таможенное право
30Трудовое право
31Уголовное право и процесс
32Финансовое право
33Хозяйственное право
34Экологическое право
35Юриспруденция
36Иностранные языки
37Информатика, информационные технологии
38Базы данных
39Компьютерные сети
40Программирование
41Искусство и культура
42Краеведение
43Культурология
44Музыка
45История
46Биографии
47Историческая личность
 
48Литература
 
49Маркетинг и реклама
50Математика
51Медицина и здоровье
52Менеджмент
53Антикризисное управление
54Делопроизводство и документооборот
55Логистика
 
56Педагогика
57Политология
58Правоохранительные органы
59Криминалистика и криминология
60Прочее
61Психология
62Юридическая психология
 
63Радиоэлектроника
64Религия
 
65Сельское хозяйство и землепользование
66Социология
67Страхование
 
68Технологии
69Материаловедение
70Машиностроение
71Металлургия
72Транспорт
73Туризм
 
74Физика
75Физкультура и спорт
76Философия
 
77Химия
 
78Экология, охрана природы
79Экономика и финансы
80Анализ хозяйственной деятельности
81Банковское дело и кредитование
82Биржевое дело
83Бухгалтерский учет и аудит
84История экономических учений
85Международные отношения
86Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
87Финансы
88Ценные бумаги и фондовый рынок
89Экономика предприятия
90Экономико-математическое моделирование
91Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
- Твоя жена - дура!
- Завидуй молча.
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, реферат по радиоэлектронике "Физико-топологическая модель интегрального биполярного п-р-п-транзистора", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2017
Рейтинг@Mail.ru