Разработка топологии интегральной схемы «TL431», страница 4

Так же необходимо выбирать уровни легирования базы и эмиттера транзистора, к которым предъявляются свои требования. При этом так же возникает необходимость в поиске компромисса между характеристиками работы прибора при выборе тех или иных параметров его изготовления. Для уменьшения паразитного сопротивления между активной областью базы и контактом к базе следует увеличивать уровень ее легирования, но при этом следует помнить, что это может привести к уменьшению эффективности эмиттера, а так же к уменьшению напряжения пробоя pn-перехода база-эмиттер. Так же при проектировании следует учитывать, что концентрация примеси в базе не должна быть меньше 5*10¹⁶ см^-3. В противном случае под влиянием положительного заряда в окисле на границе раздела Si-SiO₂ может возникнуть инверсный проводящий канал n-типа (в n-p-n биполярном транзисторе). Высокий, а иногда равный пределу растворимости примеси в кремнии, уровень легирования эмиттера необходим для обеспечения большого коэффициента инжекции. Но при максимально возможных уровнях легирования в кремнии образуются дефекты, влиянием которых является уменьшение времени жизни носителей заряда и как следствие уменьшение коэффициента инжекции.

Влияние паразитных емкостей переходов и их последовательных сопротивлений уменьшается путем максимально возможного уменьшения геометрических размеров транзистора. Но следует помнить, что предельное уменьшение геометрических размеров транзисторной структуры, которое позволяет сделать технология, может привести к уменьшению числа выхода годных интегральных микросхем.

После того, как определены физические параметры структуры необходимо выбрать конфигурацию транзистора. Это связано с тем, что характеристики транзистора существенно зависят от размеров его областей. Например: периметр эмиттера определяет токовые характеристики, его площадь на частотные свойства, площадь базы определяет емкость перехода база-коллектор, площадь коллектора – последовательное сопротивление коллектора и емкость перехода коллектор-подложка.

В разрабатываемой схеме будем использовать 4 типа транзисторов. Первый тип n-p-n транзистор с максимальным током эмиттера 98.26 мкА, его вид возьмем из библиотеки транзисторов [1]. Его вид показан на рис. 6a. Второй тип транзистора n-p-n c максимальным током эмиттера 1.517 мА (рис. 6b.). Третий тип – горизонтальный p-n-p транзистор, максимальный ток эмиттера такого транзистора, по полученным результатам в MC9.0, составляет 282.874 мкА (рис. 6c.). Четвертый тип – составной n-p-n транзистор, включает 2 транзистора n-p-n типа. Максимальный ток эмиттера 52.52 мА (рис. 6d). Он будет очень большим по сравнению ко всей схеме, так как на нем будет выделяться большая мощность и через его эмиттер будет течь самый большой ток в данной ИС.

Расчет площади производился по формулам:

Где S – площадь эмиттера, P – периметр эмиттера, I – ток протекаемый через эмиттер, j – плотность тока (j = 10 мкА/мкм²), j_l – линейная плотность тока (j_l = 100 мкА/мкм).

Рис. 6. Топологии биполярных транзисторов, используемых в ИС стабилизатора.

.

5.  Результат стабилизации

На рис. 7 представлен результат стабилизации выходного напряжения    U_in = 5 В, U_out = 1.96 В

Рис. 7. График стабилизации.

6.  Вывод

В данном РГЗ нами были приобретены практические навыки решения инженерной задачи. Был создан слаботочный стабилизатор положительного напряжения TL431: смоделирована с помощью САПР MicroCap его электрическая схема, получены зависимости U_OUT(U_IN) на которых отчетливо видна стабилизация выходного напряжения, закреплены навыки проектирования топологии в САПР Паром. Результатом работы с САПР Паром явилось создание топологии разрабатываемо стабилизатора с учетом конструктивно-технологических ограничений и правил проектирования топологии ИС. Так же были рассчитаны топологии резистора, конденсатора и транзистора с учетом протекающих через них токов, полученных при моделировании схемы в MicroCap.

7.  Литература

[1] Перебаскин А.В. Интегральные микросхемы: Микросхемы для линейных источников питания и их применение. Справочник // М. ДОДЭКА, 1998г., 400с.

[2]  Коледов Л.А. Конструирование и технология микросхем // М. Высшая школа, 1984г., 231с.

[3] Блум К.Е. Курс лекций по предмету «Проектирование заказных БИС» // прослушанные и записанные со слов Богомолова Б.К.