Wg — действующая толщина базы;
Uэб - напряжение эмитер-база;
Uкб - напряжение коллектор-база;
Ukpn - контактная разность потенциалов;
Uпроб - напряжение пробоя;
Uпрок - напряжение прокола транзистора;
Uк - напряжение коллекторного перехода;
Uk max - максимально допустимое напряжение на коллекторе;
Iэ — ток эмитера;
Iб — ток базы;
Iко — обратный ток коллектора при разомкнутом эмиттере;
Ikmax - максимально допустимый ток коллектора;
Iген - ток термогенерации в области объемного заряда;
Iрек — ток рекомбинации;
a - коэффициент передачи тока в схеме с общей базой;
aо - низкочастотное значение a;
a* — коэффициент усиления тока коллекторного перехода за счет не основных носителей заряда;
b — коэффициент передачи тока в схеме с общим эмитером;
g — коэффициент инжекции эмитера;
бк — толщина коллекторного перехода;
e - относительная диэлектирическая проницаемость;
cо – коэффициент переноса не основных носителей заряда через область базы;
mэ, mб – подвижности электронов и дырок;
mнб, mоб – подвижности не основных и основных носителей заряда в базе;
mнэ, mоэ – подвижности не основных и основных носителей заряда в эмитере;
w - круговая частота;
r - удельное сопротивление полупроводника;
ri - удельное сопротивление собственного полупроводника;
rэ, rб, rк - удельные сопротивления эмитера, базы, коллектора;
tn,p – среднее время жизни электронов и дырок
ttnp – время пролета не основных носителей заряда через базу;
tn – среднее время жизни носителей заряда, обусловленное поверхностной рекомбинацией;
s - удельная теплопроводность;
4. Выбор технологии изготовления транзистора
Основным элементом конструкции транзистора является кристалл, или транзисторная структура кристалла, которая представляет собой полупроводниковую пластину со сформированными на ней эмиттерным (ЭП) и коллекторным (КП) переходами. Другими элементами конструкции являются корпус, кристаллодержатель, выводы.
В зависимости от технических требований предъявляемых к параметрам транзистора, применяются различные методы формирования транзисторной структуры. Низкочастотные транзисторы изготавливаются по сплавной технологии, высокочастотные – с обязательным использованием процесса диффузии примесей. Основными разновидностями технологии изготовления высокочастотных транзисторов являются: диффузионная, планарная. Чисто диффузионная технология используется для изготовления транзисторов с fα не превышающими 50-100 МГц, сплавно- и мезо- диффузионная – для диапазонов 50-100 МГц, соответственно, планарная–для fα=0,5-5ГГц.
Так как граничная частота fα составляет 250 МГц, то для изготовления выберем сплавно-диффузионную технологию.
4.1 Сплавно-диффузионные транзисторы.
При диффузионной технологии неоднородность эмиттерной поверхности приводит к неоднородности толщины базовой области, что ухудшает возможные частотные свойства транзистора . В сплавно-диффузионной технологии диффузией формируется лишь базовая область а КП и ЭП формируются вплавлением эмиттерной навески, под которой образуется рекристализационная зона. При этом в эмиттерную навеску вводится примесь, формирующая под эмиттером активный диффузионный слой базы. Коэффициент диффузии этой примеси должен значительно превышать коэффициент диффузии примеси, формирующей эмиттер и ЭП в рекристализационной зоне. Структура сплавно-диффузионного p-n-p транзистора изображена на рис.1.
На рис.2 приведены некоторые этапы получения сплавно-диффузионного транзистора. После получения исходной р- пластины Ge, протравливают в ней лунку, углубляясь в исходную р- пластину (рис.2.1). травление лунок осуществляется методом фотолитографии. На окислённую пластину наносят фоторезистивную плёнку, её освещают через маску ультрофиолетовым светом. Экспонированные места фоторезиста поляризуются. Незаполимеризованные части фоторезиста смывают так, что он остаётся только на облучённых местах. Затем производят травление. После получения лунки проводят щдиффузию донарной примеси (рис.2.2) затем необходимо отшлифовать поверхность исходной пластины, т.о., чтобы диффузионный слой остался лишь в лунке. Диффузия донорной примеси приводит к образованию базового n- слоя (рис.2.3). С помощью электрохимического метода через маску вводят навески вплавляемого материала 1 и 4 (рис.2.4). Навеска 1 является эмиттерной, содержащая спал Ni + Al + In, а навеска 2- базовой.
Затем пластину помещают в печь и нагревают до температуры, близкой к температуре плавления германия (около 900˚С). При такой темпиратуре сплавы не только переходят в жидкое состояние, но имеет место диффузия примесей из жидкой фазы в прилежащую твёрдую фазу. При этом комплексный характер сплава, находится в лунках, обеспечивает одновременное образование двух слоёв: базового и эмиттерного, благодаря резко коэффициентам диффузии донарной и акцепторной примесей в германии: донарная примесь «обгоняет» акцепторную. Под эмиттерной навеской образуется р- область, которая является эмиттером (рис.2.5). Затем получеснную структуру припаивают к кристаллодержателю. Он является выводом коллектора (рис.2.6).
4.2 Структура сплавно-диффузионного p-n-p
транзистора
Рис. 2. Структура сплавно-диффузионного p-n-p транзистора.
1,3 – выводы базы;
2 – рекристаллизационная область – эмиттер;
n – размеры кристалла;
c, d – размеры лунки;
hкр – толщина кристалла;
Rэ, Rб – радиусы выводов эмиттера и базы;
5. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
Расчёт сплавно-диффузионного транзистора.
Задачи расчёта
В результате расчёта должны быть определены электрофизические и геометрические параметры транзисторной структуры, параметры эквивалентной Т-образной схемы транзистора по переменному току, его эксплуатационные параметры. Часть электрофизических и геометрических параметров при расчёте задаётся исходя из соображений номенклатурного порядка. В конце расчёта выбирается тип корпуса транзистора.
В итоге должны иметься все геометрические и электрофизические параметры, необходимые для исполнения конструкторской и основной части технологической документации. Особенно это касается состава диффузантов, навесок и припоев.
5.1 Расчёт толщины базы и концентраций примесей.
Действующая толщина базы определяется соотношением (1).
, (1)
где tпр-время пролёта базы
tпр=, (2)
где - коэффициент запаса по частоте f, =1,3
сек.
Задавшись величиной перепада концентраций примеси на границах базы х=200, выразим среднее значение концентрации примеси на границах базы по формуле (3).
, (3)
Так как , (4) необходимо определить концентрацию примеси, формирующей коллекторную область
Для нахождения концентрации базы NБ используем связь напряжения пробоя Uпроб с удельным сопротивлением коллектора ρк:
, (5)
где - низкочастотное значение коэффициента передачи тока в схеме ОБ , (6)
Удельное сопротивление коллектора рассчитывается по формуле (7)
, (7)
Для выбранного нами типа структуры транзистора (Ge, p-n-p)
B=5.2, n=0.61, l=1/6 /1/
x=0.8 (для дрейфовых транзисторов). Подставим численные значения в выражение (7), а затем в (5).
= 0,9903 Ом*см
=12,748 В
По графику изображенному на рис3.3.1 найдём величину концентрации No
Определим среднее значение концентрации примеси NБ, формирующий проводимость базы с помощью соотношений (3) и (4)
По графику, на рис 3.4.1, найдём среднее значение подвижности не основных носителей заряда в базе
Определим среднее значение коэффициента диффузии в базе, воспользовавшись соотношением (8)
, (8)
где - тепловой потенциал, мВ
(9)
Подставив вышеопределённые значения в формулу (1), найдём действующую толщину базы.
Величина концентрации примеси, формирующей проводимость базы, на поверхности кристалла NБ(0) определится из соотношения (10)
, (10)
где х1Б=0,2 мкм
αБ - коэффициент передачи тока с общей базой , (11)
1,217*10-4
Подставим численные значения в выражение (10)
Задавшись величиной отношения Nоэ/Nб(0), найдём концентрацию эмиттерной примеси. Nоэ/Nб(0)=3.
Из соотношения (12) выразим концентрацию основных носителей эмиттера. Nоэ=3*Nб(0)
Nоэ=3* =3,826421*1018 см-3
Проверим не превышает ли расчётное значение напряжения пробоя коллекторного перехода Uпр величину напряжения прокола транзистора Uпрок, которое рассчитывается по формуле (13)
, (13)
где
где: ,
(14)
Подставляя численные значения в формулы (14) и (13), найдём величину напряжения прокола транзистора.
Значение напряжения пробоя коллекторного перехода (Uпр=12.748) не превышает величину напряжения прокола транзистора Uпрок=240,0092 В
(Uпрок>> Uпр)
Вычислим среднее значение удельного сопротивления области базы по формуле (15)
, (15)
По графику приведённому на рис. , определим среднее значение подвижности основных носителей заряда в базе
=1800
Ом*см
5.2 Расчет коэффициента передачи тока
Задача: для рассчитанного Wq определить коэффициент передачи тока a0 и сравнить его с требуемым.
