npn双极型晶体管的设计器件物理课程设计

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1、npn双极型晶体管的设计课程设计课程名称微电子器件与工艺课程设计题目名称npn双极型晶体管的设计32npn双极型晶体管的设计目录1．设计任务书21.1内容21.2要求与数据21.3应完成的工作21.4主要参考文献32．物理参数计算32.1.各区掺杂浓度及相关参数的计算32.2少子的迁移率42.3少子的扩散系数42.4少数载流子的扩散长度52.5各区的厚度52.5.1集电区厚度Wc52.5.2基区宽度WB62.6扩散结深92.7电阻率103．实际器件设计103.1硅片选择103.2图形结构103.3各区面积114.工艺参数计算114.1基区硼扩散1

2、14.1.1预扩散114.1.2再扩散134.1.3氧化层厚度134.2发射区磷扩散134.2.1预扩散134.2.2再扩散144.2.3氧化层厚度154.3氧化时间154.3.1基区氧化154.3.2发射区氧化165、设计参数总结176、工艺流程186.1主要流程186.2清洗工艺226.3氧化工艺236.4光刻工艺256.5硼扩散工艺(基区扩散)276.6磷扩散工艺(发射区扩散）297.版图设计317.2发射区掩膜板317.3接触孔掩膜版328.总结与体会3232npn双极型晶体管的设计1．设计任务书题目名称npn双极型晶体管的设计学生学院材

3、料与能源学院专业班级姓名学号1.1内容设计一个均匀掺杂的npn型双极晶体管，使T=300K时，hfe=120,BVCBO=80V.晶体管工作于小注入条件下，设计时应尽量减小基区宽度调制效应的影响。1.2要求与数据1．了解晶体管设计的一般步骤和设计原则2．根据设计指标设计材料参数，包括发射区、基区和集电区掺杂浓度NE,NB,和NC,根据各区的掺杂浓度确定少子的扩散系数，迁移率，扩散长度和寿命等。3．根据主要参数的设计指标确定器件的纵向结构参数，包括集电区厚度Wc，基本宽度Wb，发射区宽度We和扩散结深Xjc,发射结结深Xje等。4．根据扩散结深Xj

4、c,发射结结深Xje等确定基区和发射区预扩散和再扩散的扩散温度和扩散时间；由扩散时间确定氧化层的氧化温度、氧化厚度和氧化时间。5．根据设计指标确定器件的图形结构，设计器件的图形尺寸，绘制出基区、发射区和金属接触孔的光刻版图。6.根据现有工艺条件，制定详细的工艺实施方案。7．撰写设计报告1.3应完成的工作1.材料参数设计32npn双极型晶体管的设计2.晶体管纵向结构设计3.晶体管的横向结构设计（设计光刻基区、发射区和金属化的掩膜版图形）4．工艺参数设计和工艺操作步骤5.总结工艺流程和工艺参数6.写设计报告1.4主要参考文献1．《半导体器件基础》Ro

5、bertF.Pierret著，黄如译，电子工业出版社，2004.2．《半导体物理与器件》赵毅强等译，电子工业出版社，2005年.3．《硅集成电路工艺基础》，关旭东编著，北京大学出版社，2005年.2．物理参数计算2.1.各区掺杂浓度及相关参数的计算——发射区、基区和集电区掺杂浓度NE,NB,和NC三极管的击穿电压是雪崩击穿电压和穿通电压中较小的一个。当集电结上的偏置电压接近击穿电压V时，集电结可用突变结近似，对于硅器件击穿电压为,由此可得集电区杂质浓度为：由设计的要求可知C-B结的击穿电压为：BVCBO=80V根据公式,可算出集电区杂质浓度：一般

6、的晶体管各区的浓度要满足NE>>NB>NC，32npn双极型晶体管的设计2.2少子的迁移率图1室温下载流子迁移率与掺杂浓度的函数关系根据图1，可知，当基区的掺杂浓度，基区的少子迁移率：当集电区的掺杂浓度，集电区的少子迁移率：当发射区的掺杂浓度，发射区的少子迁移率：2.3少子的扩散系数由爱因斯坦关系式可知，32npn双极型晶体管的设计基区扩散系数：集电区扩散系数：发射区扩散系数：2.4少数载流子的扩散长度由经验值设置少子寿命，由扩散长度公式和有：基区扩散长度：发射区扩散长度：集电区扩散长度：2.5各区的厚度——集电区厚度Wc，基区宽度Wb2.5.1

7、集电区厚度Wc根据公式求出集电区厚度的最小值为：32npn双极型晶体管的设计集电区厚度的最小值由击穿电压决定。通常为了满足击穿电压的要求，集电区厚度必须大于击穿电压时的耗尽层宽度，其中是集电区临界击穿的耗尽层宽度，综合考虑，选择集电区厚度Wc为2.5.2基区宽度WB（1）基区宽度的最大值对于低频管，与基区宽度有关的主要的电学参数是β，因此低频器件的基区宽度的最大值由β确定。当发射效率γ≈1时，电流放大系数，因此基区宽度的最大值可按下式估计：为了使器件进入大电流状态时，电流放大系数仍能满足要求，因而设计过程中取λ=4。根据公式,求得低频管的基区宽度

8、的最大值为：（2）基区宽度的最小值为了保证器件正常工作，在正常工作电压下基区绝对不能穿通。因此，对于高耐压器件，基区宽度的最小值由基区穿