Разработка конструкции полупроводниковых интегральных микросхем, страница 3

Размеры S_{э опт} часто оказываются трудно реализуемыми из-за ограничений в возможностях технологических процессов. Получение линейных размеров (в) элементов по планарной технологии осуществляется с точностью  (Dв) равной 5,5 мкм [5]. По этой причине минимальный размер окна в окисле для контакта составляет 12,5´12,5 мкм², минимальное расстояние от контактного окна до края диффузионной области - 6,25 мкм, рабочие расстояние - 12,5 мкм. Минимальный размер эмиттерной области, следовательно, составляет 25´25 мкм². При таком размере точность воспроизведения площади эмиттерных областей будет определяться величиной         DS_Э/S _Э=2Db/b=2*5,5/25=0,44 (44%)

что может явиться причиной значительного разброса в парамет­-

рах ИБТ. Компромиссным решением с учетом минимальных разме-

­ров и приемлемого разброса параметров проектируемых ИБТ сле­дует считать минимальный рабочий размер эмиттера 25х37,5мкм  

[4].Этот размдер является типовым для ИБТ с рабочим током

эмиттера до 10-20 мА (см.рис.1 и 2). Для ИБТ с большим рабо­-

чим током площадь эмиттера следует увеличивать за счет уд­линения эмиттера и увеличения числа эмиттерных областей (рис.6)

Размеры базовой области и области коллектора ИБТ определяются через размер эмиттерной области c учетом числа базовых контактов и конфигурации омического контакта к коллектору. Наи­более распространенные типовые размеры этих областей даны на рис.1 и 2.

Основными электрическими параметрами ИБТ являются [4]:

- зависимость тока эмиттера от напряжения на эмиттер-базовом переходе  I_Э (U_эб);

- коэфициент усиления по току в режиме общая база (ОБ) и общий эмиттер (ОЭ) и его зависимость в диапазоне частот, соответственно,

a₀, b₀, b(f);

- паденае напряжения на коллекторе в ре­жиме насыщения U_кэн            

- напряжение пробоя коллектора в режиме ОЭ   U_{кэ пр} .

Характер зависимости I_Э (U_Эб) дан на рис.7.

Эта зависимость определяется по формуле

где  S_Э  -   активная площадь перехода эмиттер-база, n_б  – кон-

центрация электронов в области базы, определяется по формуле

n_б=n_i/p_б                                      (9)

где p_б  -   концентрацыя дырок в области базы, определяемая по графику рис.З и 4; n_i   -   концентрация собственных носителей заряда в полупроводнике при заданной температуре, при Т = 300°К для кремния n_i = 1,5*10¹⁰   см^-3. Для кремния вели­чина n_i ² определяется по формуле

n_i ²=2,33*10³¹T³e^-1,31/kT                    (10)

 xарактеристика I_Э (U_Эб) имеет явно выраженное напряжение отсечки U₀, которое определяет значительную (ощутимую по то­ку) инжекцию электронов в базу. Напряжение отсечки U₀ ориен-

тировочно определяет падение напряжения при прямом включении на переходе (U_Эб), которое для ИБТ составляет величину в пределах 0,6-0,7 В. Напряжение отсечки определяется (для ступенчатых переходов) по формуле

где N_D и N_A –соответственно,концентрации примесей на переходе.

Пример 5. Для ИБТ, изображенных на рис. 1 и 2, контактная раз­ность при комнатной температуре на эмиттер-базовом переходе  ориентировочно равны (11)

Зависимость I_Э (U_ЭБ) для указаных ИБТ равна (8).

Результаты расчета по данной формуле сведены в табл.1

 Таблица 1.

UЭБ    [В]	0,60	0,65	0,70	0,75	0,80
IЭ        [мА]	0,013	0,10	0,69	5,09	37,6

Коэффициент усиления по току в режиме 0Э для планарных ИБТ определяется по формуле

где R_сл.э , R_сл.б - соответственно, сопротивление слоя эмиттерной и базовых областей, эти величины фиксированы типовыми распределениями (рис.3,4) и равны 2,5 Ом/кВ а 200 Ом/кВ;

L_nб -диффузионная длина неосновных электронов в базе,  для типовых структур ИБТ L_nб равна 4 мкм.                        

Величина коэффициента усиления по току в режиме ОБ определя­ется по формуле