9. Расчет минимальной площади эмиттерного перехода осуществляется на основе критической плотности тока через эмиттерный переход.
( 4.8 ) |
где =const для Si (107 cм/с)
В нашем случае jкр = 2811 А/см2.
( 4.9 ) |
В нашем случае Sе = 160,1 мкм2.
10. Определим емкость коллекторного перехода на основе граничной частоты транзистора.
Из заданной частоты ft, найдем емкость коллекторного перехода Ск
( 4.10 ) |
В нашем случае Ск = 0,5 пФ
11. Найдем площадь коллекторного перехода как сумму площадей его донной и боковой частей. Причем донная часть площади составляет приблизительно 80% от общей его площади.
Рассчитаем площадь донной части коллекторного перехода:
( 4.11 ) |
где Vk=Vkp
В нашем случае Sб дон = 2734 мкм2.
Исходя из полученного значения площади найдем площадь боковой части
коллекторного перехода:
( 4.12 ) |
в нашем случае Sб.бок = 719 мкм2
5. Последовательность расчета параметров интегральных резисторов.
Параметры, которые определяют сопротивление интегрального резистора, можно разделить на две группы:
1) параметры полупроводникового слоя:
толщина W;
характер распределения примеси по глубине N(x);
зависимость подвижности носителей заряда от концентрации m(N);
2)топологические параметры :
длина резистора l;
ширина резистора b.
Первая группа параметров оптимизируется для получения наилучших результатов интегральных транзисторов. Именно для этого расчет транзисторов производится в первую очередь. Таким образом, задача расчета резистора сводится к выбору полупроводникового слоя, в котором будет создаваться резистор, и формы контактов и вычисления длины и ширины.
Воспроизводимость номинальных значений сопротивления обычно равна 15-20% и зависит от ширины резистора. Так, при возрастании ширины от 7 до 25 мкм точность воспроизведения номинала возрастает с ±15 до ±18%.
5.1 Диффузионные резисторы на основе базовой области.
Резисторы данного типа приобрели наибольшее распространение, так как при их использовании достигается объединение высокого удельного сопротивления, что необходимо для уменьшения площади, которую занимает резистор, и сравнительно небольшого температурного коэффициента ТКR ( ±(0,5…3)·10-3 1/°С ).
5.2. Исходные данные для расчета топологических параметров полупроводниковых резисторов.
Для расчета длины и ширины резисторов необходимы следующие входные данные:
1) номинальные значения сопротивлений R, заданные в принципиальной схеме.
R1- R4 – 4700 Ом;
R5 – 3300 Ом.
2) допустимая погрешность D R.
Исходя из технологических возможностей оборудования выберем DR = 20%
3) рабочий диапазон температур (Tmin, Tmax).
Исходя из предположения, что разрабатываемая ИМС будет предназначена для эксплуатации в климатических условиях, характерных для широты Украины, выберем диапазон температур, определяемый климатическим исполнением УХЛ 3.0 (аппаратура, предназначенная для эксплуатации в умеренном и холодном климате, в закрытых помещениях без искусственно регулируемых климатических условий). Исходя из этого:
Tmin= -60 °С;
Tmax= +40 °С.
4) средняя мощность Р, которая рассеивается на резисторах.
Мощность, рассеиваемая на резисторах, будет расчитана на основе измерянных ранее токов через резисторы, используя закон Ома.
P = I2 R, | ( 5.1) |
где I – ток через резистор, А;
R – сопротивление резистора, Ом.
Измерянные значения токов несколько увеличим для учета возможных скачков входных токов схемы:
Табл. 6.1 Расчет мощностей резисторов
Значение тока | IR1-4, мА | 0,26 |
IR5, мА | 4,94 | |
Увеличенное значение тока | I ’R1-4, мА | 0,5 |
I ’R5, мА | 5 | |
Расчитанная мощность | РR1-4, мВт | 1,175 |
РR5, мВт | 82,5 |
5.3. Последовательность расчета топологических параметров параметров полупроводниковых резисторов.
Для расчета параметров интегральных резисторов используется написанная для этих целей программа, значения рассчитанных параметров, приведенные ниже, расчитаны с ее помощью.
1. Выбираем тип резистора, исходя из его номинального сопротивления. В расчитываемой схеме все резисторы целесообразно изготовить дифузионными, сформированными в базовом р-слое.
2. Расчитываем удельное поверхностное сопротивление:
( 5.2) |
где Na0 – концентрация акцепторов у поверхности базы, см-3 ;
N – концентрация акцепторов в базе, см-3 ;
Nдк – концентрация доноров в коллекторном слое, см-3 ;
q – единичный заряд, Кл;
m - подвижность носителей заряда, см2/В·с;
W – глубина коллекторного p-n перехода, мкм;
Для расчета принимаем Na0 = 8*1018 см-3 ; Nдк = 1016 см-3 ; значения интегралов расчитываются численными методами на основе существующих зависимостей подвижности носителей от их концентрации. В результате rS= 222,81 Ом/. Типичное значение поверхностного сопротивления базовой области - 200 Ом/, расчитанное значение показывает приемлемость использования выбранных концентраций.
3. Рассчитываем коэффициент формы резисторов и его относительную погрешность:
( 5.3) | |
( 5.4) |
где DrS/rS – относительная погрешность воспроизведения удельного поверхностного сопротивления легированного слоя, которая вызвана особенностями технологического процесса, для расчета примем ее равной 0,05; ТКR – температурный коэффициент сопротивления базового слоя, он равен 0,003 1/°С.
Результаты расчета следующие:
R1 - R4 : | КФ = 21,094; DКФ/ КФ = 0,00474 |
R5 : | КФ = 15,719; DКФ/ КФ = 0,00636 |
4. Рассчитаем минимальную ширину резистора bточн, которая обеспечит заданную погрешность геометрических размеров:
( 5.5) |
где Db – погрешность ширины резистора;
Dl – погрешность длины резистора
В нашем случае
R1 - R4 : | bточн = 1,0455 мкм |
R5 : | bточн = 1,0617 мкм |
5. Определяем минимальную ширину резистора bP, которая обеспечит заданную мощность Р:
( 5.6) |
где Р0 – максимально допустимая мощность рассеяния для всех ИМС, для полупроводниковых ИМС Р0 = 4,5 Вт/мм2.
В нашем случае
R1 - R4 : | bр = 3,5183 мкм |
R5 : | bр = 34,1512 мкм |
6. Расчетное значение ширины резистора определяется максимальным из расчитанных значений:
bрасч = max{ bP , bточн }
R1 - R4 : | bрасч = 3,5183 мкм |
R5 : | bрасч = 34, 1512 мкм |
Расчеты b для R1 - R4 дают значение ширины резистора меньше технологически возможной (5 мкм), поэтому для последующих расчетов принимаем bрасч = 5 мкм
7. С учетом растравливания окон в маскирующем окисле и боковой диффузии ширина резистора на фотошаблоне должна быть несколько меньше расчетной:
bпром = bрасч – 2(Dтрав - Dу) | ( 5.7) |
Dтрав – погрешность растравливания маскирующего окисла,
Dу – погрешность боковой диффузии
для расчета примем Dтрав = 0,3 ; Dу = 0,6 тогда
R1 - R4 : | bпром = 5,6 мкм |
R5 : | bпром = 34,7512 мкм |
... всех сферах деятельности человека. Созданию систем автоматического проектирования, промышленных роботов, автоматизированных и автоматических производственных линий, средств связи и многому другому способствует микроэлектроника. /1/ Цель работы: проектирование топологии гибридной интегральной микросхемы К2ТС241 (RST-триггер) 1. ОБЩИЙ РАЗДЕЛ 1.1 Характеристика схемы Гибридные ...
... ). Перспективы развития микроэлектроники Функциональная микроэлектроника. Оптоэлектроника, акустоэлектроника, магнетоэлектроника, биоэлектроника и др. Содержание лекций 1 Цели и задачи курса “Электронные, квантовые приборы и микроэлектроника”. Физика полупроводников. p-n- переходы. Полупроводниковые диоды. Разновидности и характеристики. 2 Транзисторы. Принцип действия, разновидности и ...
... принципов и явлений, реализация которых позволяет получить приборы со сложным схемотехническим или системотехническим функциональным назначением. В функциональной микроэлектронике начинают использовать (рис.1): Рис. 1. Основные направления функциональной микроэлектроники. Оптические явления (когерентная и некогорентная оптика, нелинейная оптика, электрооптика, магнитооптика). Их ...
... технологии широкополосного доступа - по электросетям. Было разработано оборудование PLC первого и второго поколений. Достигнутая предельная скорость передачи данных не превышала 10-14 Мб/с. Реальная же скорость передачи данных в тестовых сетях PLC с применением этого оборудования отличалась на порядок и составляла 1-2 Мб/с. Кроме этого, абонентское оборудование PLC имело сравнительно высокую ...
0 комментариев