Логический элемент ТТЛ «И–НЕ» цифровой интегральной схемы, страница 2

                                           (4)

                  (5)

                                          (6)

где d - есть глубина залегания металлургической границы  перехода ( т.е. d есть do), параметр m* в зависимости от отношения Ns/No оп­ределяется из [1,табл. 3.1] (Ns - поверхностная концентрация примеси для диффу­зии, формирующей данный р-п переход: No = Nб - концентрация однородно легиро­ванного слоя до диффузии). Нормированная глубина залегания р-n перехода b при распределении примесей по закону Гаусса:

                                       (7)

а по закону erfc(z) находится из уравнения

                                            (8)


Решается с помощью таблицы [1, прил.2] erfc(b) = 5·10-4таким образом

b = 2,45; m*=0,67 [1, табл. 3.1] Δφэ = 0,86 В.

Для резкого перехода которым у нас является переход «коллектор-база» пол­ная ширина ОПЗ определястся по формуле:

                                       (9)

Подставив в (9) имеющиеся данные получим:


         (10)


Для плавного перехода — «эмиттер-база»:


                                                 (11)


где а - градиент концентрации примеси в плавном р-n переходе. Три erfc распределении примеси градиент определяется:

                                          (12)

                (13)

                  (14)

Параметры вольт-амперной характеристики р-n перехода.

Определим пробивное напряжение каждого р-n перехода. Для резкого перехода «колектор-база»:

                                      (15)

                                    (16)

где Ед - ширина запрещенной зоны полупроводника (Ед = 1,11 эВ при Т=300К);

а - градиент концентрации примеси, см-4; N0=Na=4- 1016 . Подставив данные в (15) и (16) получим Uпрк=21,5B;Uпрэ=10B;


4. Коэффициент передачи тока

Коэффициенты передачи (усиления) тока в схемах с общей базой α и с общим эмиттером β связаны друг с другом и с коэффициентами инжекции γ и переноса  χ со­отношениями:

                                           (17)

                                              (18)

По ТЗ коэффициент усиления тока в схеме с общим эмиттером должен быть  β≥30, следовательно α≥0,96.

Коэффициент инжекции в плавном р-n переходе, каким является эмиттерный пе­реход, может быть записан в виде:

                             (19)

где Dp, Dn – коэффициенты диффузии неосновных носителей – дырок и электро­нов – соответственно в материале п- и р – типа; W – толщина собственно базы W=1,9 мкм.

Параметры рб) и пэ) концентрации основных носителей   на границах обед­неннго слоя определяются выражениями:

               (20)

где X -глубина границы ОПЗ.

Коэффициент переноса χ определяется:

                                                        (21)

                                                    (22)

есть диффузионная длина электронов в р-базе, время жизни  τп р электронов и дырок можно определить из уравнений:

                                     (23)

                                      (24)

подставив эти значения в формулы получаем:

χ= 1,72 - следовательно α =0,97, β=32,3

Начальный ток I0 или ток насыщения в общем случае включает в cебя диффузионную, рекомбинацнонную и генерационную компоненты:

                                                (25)

Диффузионная составляющая обусловлена встречным движением

электронов и дырок может быть рассчитана:

                          (26)

Где S —площадь р-n перехода; Dn, τп , Dp, τp —коэффициенты диффузии и время жизни электронов и дырок соответственно; Nд и   Na —концентрации доноров акцепторов п и р слоях.

Рекомбиционная компонента, учитываемая только при прямом смещении:

                                (27)

где Nt есть поверхностная концентрация рекомбинационных центров.

Считываемая только при обратном смещении генерационная компонента.

                                          (28)

где Δd -ширина ОПЗ

Для перехода «коллектор-база» Nq=1020 =Nsk;Na=Nб; S=Sкб;

   (29)

  (30)

               (31)

Для перехода «эмиттер-база»:

    (32)

            (33)

                   (34)

5. Удельное сопротивление слоёв

Удельное сопротивление слоя ρs, Ом/□ представляет собой эффективное или эквивалентное сопротивление области слоя, имеющей в плане форму квад­рата:

                                                          (35)

где d-толщина слоя.

Определим удельное сопротивление области базы. Так как база сформирована эпитаксиально, то для расчета удельного сопротивления ис­пользуется следующая формула:

                                               (36)

Так как база однородно легирована, то ОПЗ со стороны коллектора и эмит­тера не глубокая, тогда можно принять ее равной (Nб=5·1017 ) концентрации ба­зового слоя, сформированного эпитаксиально.

                          (37)

Для расчета удельного сопротивления коллекторного и эмиттерного слоев будем использовать формулу:

                                  (38)

Так как они сформированы диффузией. Получим:

6. Расчёт технологических операций

Определим параметры диффузии при формированни области коллектора. Для формирования области коллектора используем сурьму.

T=1250 ºC

E=4,0 эВ

D0=8 см3

Коэффициент диффузии находим из выражения:

                                              (39)

Где Е —энергия активации; k-постоянная Больцмана. D=1,5·1015

                                           (40)

где х=3,5мкм -глубина залегания коллектора. Концентрация подложки N(x)=1,5·1015, значит

           (41)

                      (42)

                                 (43)


Для формирования области эмиттера используем фосфор, его параметры следующие:


Т=1100 ºС; Е=3,7 эВ; D0=10,5 см3/с; D=3·10-13

 



                          (44)

                          (45)

                                  (46)

Разделительная диффузия:


Х=3,5 мкм

                        (47)

При этом профиль коллектора размывается в 17,5 раз медленнее

7.Расчет геометрии эмиттера

Находим ширину L эмиттера:

                                                    (48)

приравнивая ψ = 1

               (49)

Находим длину Z эмиттерной области

                                                     (50)

Iэ- заданный полный ток эмиттера

φт -термический потенциал

Отсюда  Z = 45 мкм

Содержание

Техническое задание………………………………………………….3

1. Анализ ТЗ…………………………………………………………...3

2.Укрупненная структура технологического процесса

метода коллекторной изолирующей диффузии .......................... 4

3. Электрофизические характеристики диффузионных структур .. 5

4. Коэффициент передачи тока .......................................................... 9

5. Удельное сопротивление слоев ................................................... 12

6. Расчет технологических операций .............................................  13

7. Расчет геометрии эмиттера .........................................................  15

Министерство образования Российской Федерации

КРАСНОЯРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «КиПР»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Выполнила:

     ст-ка гр. Р32-2

         Гардымова А.П.

Проверила:

      Семенова О.В.

Красноярск 2006