Расчет биполярного транзистора

 

Замечания руководителя 
Содержание

 

Задание на курсовую работу 2

Замечания руководителя 4

Введение 6

1 Расчет основных параметров и характеристик биполярного транзистора 7

1.1 Выбор исходного материала и типа структуры транзистора 7

1.2 Расчет профиля легирующей примеси 9

1.3 Расчет пробивных напряжений 12

1.4 Расчет толщины коллекторного слоя 14

1.5 Расчет ширины области пространственного заряда (ОПЗ) коллекторного и эмиттерного переходов 15

1.6 Расчет эффективности эмиттера 16

1.7 Расчет статических параметров 18

1.8 Эффект Хаузера 20

1.9 Частотные свойства 22

1.10 Выбор корпуса 25

1.11 Расчет семейства выходных вольт–амперных характеристик транзистора 26

2 Технологическая реализация проектируемого транзистора 29

Заключение 33

Список литературы 34

ПРИЛОЖЕНИЕ А 35

 

Введение

 

Транзистор – полупроводниковый прибор, предназначенный для усиления электрического тока и управления им. В связи с тем, что транзисторы очень легко приспосабливать к различным условиям применения, они почти полностью заменили электронные лампы. На основе транзисторов и их применений выросла широкая отрасль промышленности - полупроводниковая электроника.

Основными областями применения транзисторов являются радиоэлектроника, цифровая электроника, военная промышленность, тяжелая промышленность, бытовая техника, электроэнергетика, связь и т.д.

Транзистор применяется в:

Усилительных схемах. Работает, как правило, в усилительном режиме. Существуют экспериментальные разработки полностью цифровых усилителей, на основе ЦАП, состоящих из мощных транзисторов. Транзисторы в таких усилителях работают в ключевом режиме.

Генераторах сигналов. В зависимости от типа генератора транзистор может использоваться либо в ключевом (генерация прямоугольных сигналов), либо в усилительном режиме (генерация сигналов произвольной формы).

Электронных ключах. Транзисторы работают в ключевом режиме. Ключевые схемы можно условно назвать усилителями (регенераторами) цифровых сигналов.

Иногда электронные ключи применяют и для управления силой тока в аналоговой нагрузке. Это делается, когда нагрузка обладает достаточно большой инерционностью, а напряжение и сила тока в ней регулируются не амплитудой, а шириной импульсов. На подобном принципе основаны бытовые диммеры для ламп накаливания и нагревательных приборов, а также импульсные источники питания.

Транзисторы применяются в качестве активных (усилительных) элементов в усилительных и переключательных каскадах.

 

1 Расчет основных параметров и характеристик биполярного транзистора

 

1.1 Выбор исходного материала и типа структуры транзистора

 

При разработке биполярного транзистора в качестве материала выбираем кремний, исходя из следующих соображений: любой примесный полупроводник при какой-то температуре становится собственным. Этим определяется критическая температура материала и максимально допустимая температура кристалла прибора Т макс. С ростом ширины запрещенной зоны температура Т макс возрастает. Для германия Т макс не должна превышать 100 0С, для кремния – 150 0С, для арсенида галлия – 200 0С. Кремний по сравнению с германием обладает большей шириной запрещенной зоны – 1,11 эВ. Поэтому кремниевые транзисторы могут работать при более высоких температурах, имеют меньшие обратные токи коллектора и эмиттера, а также более высокие пробивные напряжения.

На кремниевых монокристаллах относительно просто можно создать слой диоксида кремния, который обладает маскирующими свойствами, при диффузии легирующих примесей в кремний. Это привело при производстве кремниевых транзисторов и других приборов к широкому использованию высокопроизводительных и точных методов планарной технологии.

Основным методом формирования современных транзисторных структур является планарная технология. Одним из преимуществ планарной технологии является ее универсальность, позволяющая на одном и том же оборудовании организовать производство различных по параметрам транзисторов путем изменения набора фотошаблонов и режимов диффузии примесей. При использовании планарной технологии можно создавать транзисторы с хорошими частотными свойствами. Места выхода р-n переходов планарного транзистора на поверхность кристалла полупроводника оказываются под слоем диоксида кремния, который является хорошим диэлектриком. Он служит защитой поверхности кремния от внешних воздействий, повышая стабильность параметров и надежность транзисторов.

Эпитаксиальная технология позволяет уменьшить толщину слаболегированного коллекторного слоя до нескольких микрометров и тем самым уменьшить объемное сопротивление этого слоя. Поэтому на пластину сильнолегированного кремния с удельным сопротивлением порядка 0,01 Ом×см наращивают слаболегированный эпитаксиальный слой толщиной  до 10 мкм с удельным сопротивлением имеющим величину порядка (1 - 10) Ом×см, в котором создаются р-n переходы. Коллекторный переход, расположенный в высокоомном эпитаксиальном слое, имеет небольшую барьерную емкость и высокое пробивное напряжение.

Структура n-р-n по сравнению со  структурой р – n – р более проста с точки зрения ее технологической реализации и обладает лучшими частотными свойствами.

Удельное сопротивление эпитаксиального слоя выбираем, исходя из заданного значения Uкб,макс. Удельное сопротивление эпитаксиального слоя определяет величину пробивного напряжения коллекторного р-n перехода Uкбo. Пробивное напряжение Uкбo должно быть, по крайней мере, на (20 – 30) % больше Uкб макс:

 

Uкбo = (1,2 – 1,3) Uкб макс=1,2·100=120 В.

 

Полагаем запас на пробой сферической части р-n–перехода Uпр=2 Uкбo=2·120=240 В, так как различные методы повышения пробивного напряжения в местах закругления коллекторного перехода обычно не дают получить значения Uкбo£Uпроб. пл.

По значению Uпр = 240 В находим концентрацию примеси в высокоомном коллекторном слое Nк=1,5·1015см-3 по графикам зависимости N(Uпр).

Определив концентрацию примесей в высокоомном слое, находим удельное сопротивление этого слоя по формуле:

 

 Ом·см,

 

где q – заряд электрона, q = 1,6×10-19 Кл;

mонк – подвижность основных носителей заряда в коллекторе,            см2/(В×с), определяется по графикам зависимости m(N).

 

Затем выбираем марку эпитаксиальной структуры кремния, например:

 

25 ,

 

где 25 мм – диаметр подложки; числитель дроби относится к эпитаксиальному слою: 8 мкм– толщина эпитаксиального слоя, К – кремний, Э – электронного типа, Ф – легированный фосфором, 0,5 Ом××см – удельное сопротивление эпитаксиального слоя; знаменатель дроби относится к подложке: 200 мкм – толщина подложки, К – кремний, Э – электронного типа, С – легированный  сурьмой; 0,01 Ом×см – удельное сопротивление подложки.

 

1.2 Расчет профиля легирующей  примеси

 

Режимы диффузии эмиттерной и базовой примеси подбираются экспериментально, таким образом, чтобы ширина технологической базы Wбо была равна примерно (1 – 2) мкм, а поперечное сопротивление активной базы R sa имело значения (5 - 10) кОм/˜.

Закон распределения примесей  может быть описан приближенным выражением:

 

,

 

где NЭ – концентрация примеси в эмиттере;

NБ – концентрация примеси в базе;

NК – концентрация примеси в коллекторе;

х – глубина залегания слоя;

lЭ, lБ - характеристическая длина в распределении доноров или акцепторов в эмиттере и базе соответственно.

 

Для планарных транзисторов область базы создается диффузией примеси с концентрацией меньшей предельной растворимости примеси в кремнии, а область эмиттера создается диффузией примеси с концентрацией, приближающейся к пределу растворимости примеси в кремнии. Легирующей примесью для n - области служит фосфор, предел растворимости  фосфора в кремнии NsР = 1021 см-3, легирующей примесью для р – области служит бор, предел растворимости бора в кремнии NsВ = 3×1020 см-3.

Чтобы существовала трехслойная структура транзистора необходимо соблюдение условия: характеристическая длина в распределении примеси в эмиттере lЭ, должна быть менее характеристической длины в распределении примеси в базе lБ. Обычно в планарных транзисторах lЭ = (1/3 - 1/6)lБ, а характеристическая длина в распределении примеси в базе определяется следующим образом:

 

,

 

где Wбо – ширина технологической базы, имеет величину примерно (1÷2) мкм;

- обычно в планарных транзисторах  принимает значения в пределах 102÷103.

 

lЭ = 1/4·lБ=8,05·10-6

 

NЭ=1021 см-3; NБ=100·NК=100·1,5·1015=1,5·1017 см-3.

 

Исходя из выбранных условий, строим профиль распределения легирующей примеси рисунок 1.

 

 

Рисунок 1 – Профиль распределения легирующих примесей

 

Из профиля распределения примеси определяем:

1) глубину залегания эмиттерного р-n перехода, хэо=9,67·10-5см;

2) глубину залегания коллекторного  р-n - перехода хко=1,48·10-4см.

Определяем толщину технологической базы Wбo:

 

Wбo = хко - хэо =1,48·10-4 -9,67·10-5 =0,51 мкм.

 

Определяем величину ускоряющего поля в базе и эмиттере:

, [В/см],

, [В/см],

где jт - термический потенциал Больцмана, jт = 0,026 В.

 

1.3 Расчет пробивных напряжений

 

Для кремниевых транзисторов характерны две разновидности электрического пробоя – лавинный и туннельный, причем туннельный пробой имеет место в узких ( 0,1 мкм) эмиттерных переходах, а лавинный – в широких (>1мкм) коллекторных переходах Лавинный пробой коллекторного р-n перехода планарного транзистора имеет свою специфику, которая обусловлена искривлением фронта диффузии, возникающим при создании локальной базовой области. Центральная часть р-n перехода, полученного методом локальной диффузии, (рисунок 2) имеет плоскую геометрию (участок 1), боковые части – цилиндрическую (участок 2), а углы – сферическую (участок 3).

 

 

Рисунок 2 – Структура планарного р-n перехода

 

Отклонение формы р-n перехода от плоской части увеличивает напряженность электрического поля в нем при том же приложенном напряжении, что способствует снижению пробивного напряжения. Поэтому расчет напряжения пробоя проводят по формулам для р-n перехода цилиндрической и сферической геометрии, считая, что коллекторный р-n переход резкий:

 

U*проб. = Uпроб.пл. {[(m + g0+ 1)g0m]1/(m+1) - g0},

 

где Uпроб. пл. - напряжение пробоя плоской части р-n перехода;

m = 1 – для цилиндрического перехода, m = 2 – для сферического перехода;

g0 = rj / xd макс, где rj – радиус кривизны р-n перехода, примерно равный глубине залегания коллекторного перехода xко; хd макс – ширина обедненного слоя при пробое.

 

Ширина обедненного слоя при пробое вычисляется по следующей формуле:

 

,

 

где e - относительная диэлектрическая постоянная кремния, e = 12;

eо – диэлектрическая проницаемость вакуума, eо = 8,85×10-12 Ф/м.

 

Напряжение плоской части р-n перехода определяем по формуле:

 

,

 

где Eg – ширина запрещенной зоны кремния, Eg = 1,11 эВ.

Вычисляем напряжение пробоя сферического, цилиндрического и сравниваем с ними Uкбo.

 

U*проб.цил = Uпроб.пл. {[(m + g0+ 1)g0m]1/(m+1) - g0}=103,77 В,

 

U*проб.сф = Uпроб.пл. {[(m + g0+ 1)g0m]1/(m+1) - g0}=65,134 В.

 

Так как U*проб. цил. < Uкбo < Uпроб. пл., то выбираем круговую геометрию эмиттера с охранным кольцом.

 

1.4 Расчет толщины коллекторного слоя

 

Толщину высокоомного коллекторного слоя lкo полагаем равной ширине коллекторного р-n перехода хdк при напряжении Uкб = Uкб макс плюс небольшой запас Dlкo= 5 - 7 мкм на толщину эмиттерного слоя хэо и базового cлоя Wбo:

Величину ширины коллекторного перехода хdк(Uкб макс) находим по формуле для ступенчатого резкого асимметричного р-n перехода:

 

=9,41 мкм,

 

lкo=хdк(Uкб макс) + Dlкo=14,41 мкм.

 

Величину lкo, округляем в сторону больших значений. Тогда lкo=15 мкм.

 

1.5 Расчет ширины области пространственного заряда (ОПЗ) коллекторного и эмиттерного переходов

 

Область пространственного заряда коллекторного р-n перехода:

 

, 

 

где Uкб = Uкб макс/2=50 – рабочее напряжение на коллекторном переходе.

 

Протяженность коллекторного р-n перехода в области базы хк¢:

 

,

 

.

 

Величина (х¢¢э - хэо) представляет собой полуширину эмиттерного р-n перехода, поскольку при прямых смещениях его можно считать линейным и плавным. Тогда:

 

,

 

 

где grad [Nб(x)-Nэ(x)]|Х=Хэо = Nб(хэо)[(1/lэ)-(1/lБ)];

Nб(хэо) =Nбsexp(-хэо/lБ);

jкэ – контактная разность потенциалов в р-n переходе, для реальных приборов изменяется в пределах (0,8 - 0,9) В. Полагают, что jкэ - Uбэ= (0,15 – 0,2) В.

 

1.6 Расчет эффективности эмиттера

 

Эффективность эмиттера определяется по формуле:

 

.

 

где Dннэ, Dннб – коэффициент диффузии неосновных носителей в эмиттере и базе соответственно;

Gб, Gэ – числа Гуммеля базы и эмиттера;

niэ – плотность собственных носителей в эмиттере.

 

,

 

.

 

Рассчитаем зависимость m(х) по следующей формуле:

 

,

 

где m1 = 65 см2/В×с для электронов, m1 = 48 см2/В×с для дырок;

m2 = 1265 см2/В×с для электронов, m1 = 447 см2/В×с для дырок;

N0 = 8,5×1016 см-3 для электронов, N0 = 6,3×1016 см-3 для дырок;

N(х) – суммарное распределение примеси;

А = 0,72 для электронов, А = 0,76 для дырок.

 

 

 

, .

 

Числа Гуммеля вычисляются по следующим формулам:

 

,

 

.

 

При высокой концентрации примеси в эмиттере начинает сказываться эффект сужения запрещенной зоны. При комнатной температуре сужение зоны описывается формулой:

 

,

 

где - средняя концентрация примесей в эмиттере.

 

 

 

,

 

где k = 8,62×10-5 эВ/К – постоянная Больцмана.

 

1.

 

1.7 Расчет статических параметров

 

Выберем значение статического коэффициента усиления по току в схеме с общей эмиттером h21Э из определенного в задании интервала, тогда интегральный коэффициент в схеме с общей базой:

 

 

Интегральный коэффициент переноса носителей в базе:

 

.

 

Полный эмиттерный ток:

 

 

Определим постоянный ток коллектора (основные носители в коллекторе):

 

Iк = aтgIэ=0,03 А.

 

Определяем постоянный полный базовый ток (неосновные носители):

 

.

 

Определяем постоянный (основные носители) ток эмиттера:

 

,

 

Определяем коэффициент поля:

 

,

 

где Nбк = Nк и Nбэ = Nб exp(-xэо/lб).

 

Определим диффузионную длину неосновных носителей в базе из формулы:

 

,

 

где Wб - толщина квазинейтральной базы, определяется как: Wб = хк¢ - хэ².

 

Определим время жизни неосновных носителей в базе:

 

 

1.8 Эффект Хаузера

 

В режиме высоких плотностей эмиттерного тока jэ = (100 –3000) А/см2 возникает эффект оттеснения эмиттерного тока, который заключается в появлении неоднородного распределения плотности эмиттерного тока по ширине эмиттера.

Найдем поперечное сопротивление активной базы:

 

,

 

где - подвижность основных носителей в базе.

 

 

 

Найдем поперечное сопротивление пассивной базы:

 

,

 

где .

 

 

 

Находим плотность эмиттерного тока по формуле [1]:

 

,

 

где ni – концентрация собственных носителей в кремнии, ni = 1,9×1010 см-3;

Uкб = Uкб макс./2 – рабочее напряжение на коллекторном переходе, Uкб = 40 В;

Uэб = jкэ – 0,15 = 0,9 – 0,15 = 0,75 (В);

- контактная разность  потенциалов в коллекторном р-n-переходе,

 

;

,

 

 

Найдем площадь эмиттера:

 

 

где IЭ – полный эмиттерный ток.

Для маломощных транзисторов и транзисторов средней мощности Рк макс. < 1 Вт  характерна круговая геометрия

 

,

 

 

1.9 Частотные свойства

 

Рассчитаем время задержки при пролете носителей через базу:

 

St З = rэCэ бар. + (rб +rк)Cк бар + tб + tк ,

 

где rэCэ бар - постоянная времени цепи эмиттера;

(rб +rк)Cк бар - постоянная времени цепи коллектора;

tб - время пролета квазинейтральной базы;

tк - время пролета обедненной области коллектора.

 

Рассчитаем постоянную времени цепи эмиттера. Найдем барьерную емкость эмиттерного перехода:

 

,

 

где Sэ – площадь эмиттера;

xdэ – ширина ОПЗ эмиттерного перехода.

 

Рассчитаем дифференциальное сопротивление эмиттера:

 

.

 

Найдем постоянную времени коллекторной цепи. Найдем барьерную емкость коллекторного перехода:

 

,

 

где Sк - площадь коллектора, Sк = (1,5 – 10)Sэ;

xdк – ширина ОПЗ коллекторного перехода, вычисленная по формуле (13).

Полное объемное сопротивление коллекторного слоя:

 

.

 

Сопротивление активной и пассивной базы (Rб – Rэ = Dd @ 20 мкм), находим по формуле:

 

,

 

,

 

.

 

Полное сопротивление базы:

 

rб = rба + rбп=7,456 Ом.

 

Определим время пролета квазинейтральной базы неосновными носителями:

 

 

где Wб – толщина квазинейтральной базы.

 

Найдем время пролета обедненной области коллектора:

 

,

 

где vs - дрейфовая скорость носителей в кремнии, vs = 107см/с.

 

Таким образом, время задержки при пролете носителей через базу:

 

St З = rэCэ бар. + (rб +rк)Cк бар + tб + tк=1,674·10-10с.

 

Находим граничную частоту:

 

 

1.10 Выбор корпуса

 

Для кремниевого транзистора максимальная температура перехода Тмакс =1250С. Тепловое сопротивление переход – корпус, учитывая размеры эмиттера и боковое растекание тепла, можно оценить по формуле:

 

 

где l =1,45 Вт/(см×К) – коэффициент теплопроводности для кремния.

 

Выбираем корпус с тепловым сопротивлением Rтк-с, К/Вт. Тогда полное тепловое сопротивление:

 

Rтп-с = Rтп-к + Rтк-с.

 

При температуре окружающей среды Т0=25 0С максимальная мощность, рассеиваемая коллектором:

 

 

Выбираем корпус КТ601 АМ, рисунок

 

 

Рисунок 3 – Корпус КТ601 АМ

 

1.11 Расчет семейства выходных вольт–амперных характеристик транзистора

 

Рассчитаем семейство выходных вольт–амперных характеристик проектируемого транзистора в схеме с общей базой (ОБ) Iк(Uкб) при Iэ = const. Уравнение, позволяющее рассчитать семейство выходных характеристик в схеме с общей базой имеет вид:

 

,

 

где Iэ – ток эмиттера;

h21б – интегральный коэффициент усиления по току в схеме с ОБ, рассчитанный по (24);

Iкбо – обратный ток перехода коллектор – база при Iэ = 0:

 

,

 

Где Sк – площадь коллекторного перехода;

Dннб – коэффициент диффузии неосновных носителей в базе;

Nннб – концентрация неосновных носителей в базе,

Nннб = ni2/Nб;

Lннб – диффузионная длина неосновных носителей в базе;

Wб – толщина квазинейтральной базы;

Uкб – напряжение коллектор – база, задаем в пределах от  - 2 до + 2 В.

 

Предельно допустимый ток коллектора:

 

,

 

Семейство выходных ВАХ транзистора в схеме ОБ приведено на рисунке 4.

 

 

Рисунок 4 - Семейство выходных ВАХ транзистора по схеме с ОБ

 

Рассчитаем семейство ВАХ проектируемого транзистора в схеме с общим эмиттером (ОЭ) Iк(Uкэ) при Iб = const. Семейство выходных ВАХ транзистора в схеме ОЭ приведены на рисунке 5.

Выражение для семейства выходных ВАХ в схеме с ОЭ примет вид:

 

,

 

где Iкэо – начальный сквозной ток при Iб = 0 в схеме с общим эмиттером, Iкэо=Iкбо/(1 – h21б)=1,01·10-13 А.;

Uкб(Uкэ) = Uкэ – Uэб, Uэб = 0,75 В.

 

 

Рисунок 5 – Семейство выходных ВАХ транзистора в схеме ОЭ

 

2. Технологическая реализация проектируемого транзистора

 

Подготовка кремниевых подложек. Выполнение этой операции обусловлено тем, что молекулы и атомы, расположенные на поверхности подложек и пластин, имеют высокую химическую активность, так как часть их связей ненасыщенна. Поэтому получить идеальную чистую без посторонних примесей поверхность практически невозможно и понятие «чистая поверхность» относительно. Технологически чистой считается поверхность, которая имеет концентрацию примесей, не препятствующую воспроизводимому получению заданных значений и стабильности параметров микросхем. Даже в случае не очень высоких требований к чистоте поверхности концентрации примесей не должна превышать 10-8 – 10-7 г/см2.

Для очистки поверхности пластин в настоящее время применяется химическая обработка кремниевых пластин в горячем (75 – 80 °С) «универсальном» перекисно-аммиачном растворе, содержащем Н2О2 и NH4ОН. В процессе обработки пергидроль разлагается с выделением атомарного кислорода: Н2О2 = Н2О+О. Атомарный кислород окисляет, как органические, так и неорганические загрязнения. Щелочь NH4ОН ускоряет реакцию разложения пергидроля, а так же связывает в хорошо растворимые комплексные металлы первой и второй групп периодической таблицы.

Так же в процессе очистки применяется промывка пластин. Для промывки применяется особо чистая деионизованная вода.

О качестве промывки судят по удельному сопротивлению воды на выходе промывочной камеры. Исходное сопротивление составляет 10 – 20 Мом×см; сопротивление воды на выходе тем выше, чем меньше остаточных ионов. Когда сопротивление воды на выходе сравняется с сопротивлением на входе промывочной камеры, промывку прекращают.

Первое окисление проводится для создания маски из диоксида кремния на поверхности пластин. Окисление проводится в сухом кислороде при температуре 1000 – 1350 °С. Процесс окисления продолжается до тех пор пока толщина окисла на поверхности пластины не будет достаточной для проведения первой фотолитографии (примерно 0,9-1,5 мкм.).

Первая фотолитография. Проводится, для формирования окон в слое 
диоксида кремния  для создания n- скрытого слоя.

Процесс фотолитографии состоит из трех основных этапов:

• формирование на поверхности пластины слоя фоторезиста

• передача изображения с шаблона на фоторезистивный слой

• формирование конфигурации элементов микросхем при помощи этой маски.

Нанесение позитивного фоторезиста на подложку осуществляется   методом центрифугирования. При этом на центрифугу устанавливают пластину и закрепляют ее вакуумным присосом. Затем включают центрифугу и при достижении определенной скорости вращения на пластину подается дозированное количество фоторезиста. При этом жидкий фоторезист растекается под действием центробежных сил. Подбирая число оборотов центрифуги, добиваются точного установления толщины слоя фоторезиста. При центрифугировании толщина и качество слоя зависят от температуры и влажности окружающей среды. Центрифугированием трудно получить равномерные слои толщиной более 2-х микрон, разброс по толщине составляет ± 10%, в слое фоторезиста имеются механические напряжения. В центр вращения пластины возможно всасывание включение из внешней среды. После нанесения фоторезиста проводится операция его сушки при температуре 120-180 °С.

После первой операции первой сушки фоторезиста проводится операция экспонирования при которой происходит перенос изображения с фотошаблона на фоторезистивный слой. Поскольку фоторезист имеет узкую спектральную область поглощения (350-400нм) и относительно низкую фоточувствительность, то применяются источники ультрафиолетового излучения, ртутно-кварцевые лампы, обеспечивающие высокие освещенности (до десятков тысяч люкс). Для согласования спектров поглощения фоторезиста и источника излучения применяют светофильтры. Параллельность пучка ультрафиолетового излучения, необходимая для уменьшения полутеней, обеспечивается системой конденсоров из пяти линз. Неравномерность освещения по полю экспонирования не должна превышать 5 – 10%.

Проявление позитивного фоторезиста представляет собой простое растворение необлученных участков в органических растворителях: толуоле, трихлорэтилене, диоксане и др. Сушка проявленного слоя проводится при температуре 120 – 180 °С. От температуры сушки и характера ее повышения во время сушки зависит точность передачи размеров изображений. Резкий нагрев вызывает оплывание краев, поэтому для точной передачи малых размеров (0,35 – 1 мкм) размеров следует применять плавное или ступенчатое повышение температуры. Примерный режим обработки фоторезиста: 10 – 15 минут при комнатной температуре, 20 – 25 минут, в термостате при 120 °С, затем переключение термостата на 150 – 160 °С и нагрев до этой температуры.

Травление SiO2 производится в водном растворе плавиковой кислоты – HF:Н2О2 (1:10).

Формирование скрытого n- слоя в кремниевой пластине производится методом ионного легирования фосфора. При ионном легировании, разогнанные электрическим полем, обладающие значительной энергией ионы фосфора, внедряясь в кристалл полупроводника, занимают в его решетке положение атомов замещения и создают n- скрытый слой.

Формирование n+ скрытого слоя. Проводится для уменьшения последовательного сопротивления коллектора n-p-n транзистора. Для формирования n+ скрытого слоя проводятся операции окисления, фотолитографии и диффузия сурьмы из сурьмяно – силикатного стекла. Для формирования n+ скрытого слоя проводятся операции окисления, фотолитографии и ионное легирование бора.

Подготовка пластин к эпитаксиальному наращиванию. Проводится химическая обработка поверхности пластин.

Процесс эпитаксиального наращивания для создания слоя n-типа.

Формирование верхнего p- слоя осуществляется ионным легированием бора.

Процесс легирования коллектора n-p-n транзистора ионным легированием фосфора.

Процесс формирования базы n-p-n транзистора осуществляется ионным легирование бора.

Процесс формирования «Пятаков поликремния». Для формирования «Пятаков поликремния» проводятся операции фотолитографии, нанесения поликремния и его плазмохимическое травление.

Процесс легирования базы n-p-n транзистора осуществляется ионной имплантацией бора.

Процесс формирования эмиттера n-p-n транзистора осуществляется ионной имплантацией мышьяка.

Осаждение Si3N4.

Вскрытие контактных окон к р+ и n+ областям транзисторных структур.

Напыление алюминия.

Формирование металлизированной разводки.

 

Заключение

 

В ходе курсового проектирования был произведен расчет основных электрических параметров биполярного транзистора. При разработке биполярного транзистора в качестве материала выбираем кремний. Приведены выходные характеристики по схеме с общей базой и общим эмиттером рассчитанного ВЧ транзистора. По тепловому сопротивлению выбран корпус для разрабатываемого прибора - КТ601 АМ и сделан его чертеж.

Описана технологическая реализация проектируемого транзистора. Современные кремниевые биполярные транзисторы изготавливаются по планарной или мезапланарной технологии. Эта технология включает в себя эпитаксиальное наращивание монокристаллических слоев кремния с заданным удельным сопротивлением, многократную диффузию легирующих примесей через «окна» в окисной маске, фотолитографии, создание омических контактов и др.

 

Список литературы

 

1 Кремниевые планарные  транзисторы / В.Г. Колесников, В.И. Никишин, В.Ф. Сыноров и др.;Под ред. Я.А. Федотова.-М.: Сов. радио, 1973. –336 с.