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

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 L_э ; ширина эмиттера Z_э ; расстояния от базового контакта до края базы d_бб .

Параметры профиля легирования (см. рис. 1,в): концентрация донорной примеси в эпитаксиальном коллекторном слое N_дк , глубины залегания р-п-переходов коллектор-база х_к и эмиттер-база х_э , концентрации акцепторной примеси на поверхности базы N_an и донорной примеси на поверхности эмиттера N_{д n} , толщина эпитаксиальной пленки W_ЭП .

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

(1)

где t_{1 a} и t_{2 a} — время "загонки" и "разгонки" акцепторной примеси;

D_{1 a} и D_{2 a} — 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 D_д и t_д — коэффициент и время диффузии донорной примеси.

Коэффициент диффузии определяется выражением

D = D_o exp(∆E/KT), (3)

где D_o — 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 t_{2 a} и t_д (t_{1 a} задается), которые определяются при решении уравнений

N_a ( x_к , t ) = N_дк , (4)

N_д ( x_э , t ) = N.( x_э , t_{2 а} ). (5)

Уравнения (4) и (5) являются условиями образования p-n-перехода. При решении этих уравнений относительно t_{2 a} и t_д величины N_{a п} , N_{д n} , N_дк , х_э , х_к являются исходными параметрами модели и задаются разработчиком.

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

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

(6)

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

I_бп и I_{б 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 I_э , коллектора I_к и базы I_б :

(7)

Для типичных значений В_ст > 20 можно с погрешностью менее пяти процентов записать I_з = I_к .

Ток I_э 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;

μ_п (х) — подвижность электронов в базе;

Е(х) — напряженность поля в базе;

п(х) — концентрация электронов в базе;

D_n (x) — коэффициент диффузии электронов в базе;

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

Концентрация инжектированных электронов описывается выражением

(9)

где п_ро (х) — равновесная концентрация (п

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать