3.2 Расчет параметров диодов

Диоды формируются на основе одного из переходов планарно – эпитаксиальной структуры. Диоды сформированные на основе перехода эмиттер – база, характеризуются наименьшими значениями обратного тока за счет малой площади и самой узкой области объемного заряда. Для других структур значение паразитной емкости характеризуется временем восстановления обратного сопротивления, т.е. временем переключения диода из открытого состояния в закрытое. Оно минимально (около 10 нс) для перехода эмиттер – база, при условии, что переход коллектор – база закорочен, при условии, что переход переход коллектор – база закорочен, так при такой диодной структуре заряд накапливается только в базовом слое. В других структурах заряд  накапливается не только в базе, но и в коллекторе, поэтому время восстановления обратного сопротивления составляет 50…100нс.

  Диод на основе транзисторной структуры с замкнутым переходом база – коллектор предпочтительнее использовать в цифровых ИМС, поскольку он обеспечивает наибольшее быстродействие. Диод на основе перехода эмиттер – база применяют в цифровых схемах в качестве накопительного диода. Диоды с замкнутым  переходом база – эмиттер, имеющие наибольшие напряжения пробоя, могут быть использованы в качестве диодов общего назначения [8, стр. 27,29].

3.2.1 Расчет параметров диода Д242Б

Ширина эмиттера Rэ=3Δ, площадь эмиттера Sэ=300 мкм2

 Длина эмиттера:

                                ;                                                            (1)

       мкм

Длина базы:

                                                                                             (2)

Значения омических сопротивлений областей транзистора можно оценить по формулам :

                                                     (3)

Ом

                                                        (4)

 Ом

где Кк = 0 для конструкции с одним базовым контактом; ,-удельное поверхностное сопротивление пассивной и активной областей базы, Ом/□; (100 – 300) Ом/□; (1 – 10) кОм/□; hк – толщина коллекторной области , см,(2 -10) мкм; hб – глубина залегания p-n – перехода база – коллектор, см, (1 - 3) мкм; ρк – удельное объемное сопротивление коллекторной области Ом*см; (0,1 – 1)

Ширина базы составляет :

                                                                                                   (5)

где =(0,5 – 2,5) мкм

мкм

Коэффициент переноса  вычисляется по формуле:

                                                         (6)

где - диффузионная длина базы, =(2 – 50) мкм; - концентрация донорной примеси у эмиттерного перехода,

=(0,1–1) * 1018 см; - концентрация донорной примеси в коллекторе, см-3, =(0,05 – 1)*1017 ;

Коэффициенты  ,   и высчитываются по формулам :

                                                            (7)

                                                                                          (8)

 мкм;                                                       

                                                                          (9)

Максимальные напряжения переходов (коллектор – база, эмиттер – база, эмиттер - коллектор) рассчитываются по формулам:

                                                                (10)

 В

                                                                    (11)

 В

                                                                              (12)

 В

- концентрация носителей заряда в собственном  полупроводнике.

Инверсный коэффициент передачи транзистора (Bi) можно определить по следующей формуле:

(13)

             Емкость перехода коллектор-база  и эмиттер – база определим как:

                                                 (14)         

Ф;
                  (15)    

Ф;

Обратный ток эмиттера определяется по формуле:                              

                                (16)

  А;

            Обратный ток коллектора  определяется по формуле:                              

           (17) 

А;

3.2.2 Расчет параметров диода Д303

Ширина эмиттера Rэ=3Δ, площадь эмиттера Sэ=300 мкм2

 Длина эмиттера:

                                ;                                                            (18)

       мкм

Длина базы:

                                                                                             (19)

Значения омических сопротивлений областей транзистора можно оценить по формулам :

                                                     (20)

Ом

                                                        (21)

  Ом

где Кк = 0 для конструкции с одним базовым контактом; ,-удельное поверхностное сопротивление пассивной и активной областей базы, Ом/□; (100 – 300) Ом/□; (1 – 10) кОм/□; hк – толщина коллекторной области , см,(2 -10) мкм; hб – глубина залегания p-n – перехода база – коллектор, см, (1 - 3) мкм; ρк – удельное объемное сопротивление коллекторной области Ом*см; (0,1 – 1)

Ширина базы составляет :

                                                                                                   (22)

где =(0,5 – 2,5) мкм

Wb= 5E-7 мкм

Коэффициент переноса  вычисляется по формуле:

                                                         (23)

где - диффузионная длина базы, =(2 – 50) мкм; - концентрация донорной примеси у эмиттерного перехода,

=(0,1–1) * 1018 см; - концентрация донорной примеси в коллекторе, см-3, =(0,05 – 1)*1017 ;

Коэффициенты  ,   и высчитываются по формулам :

                                                            (24)

мкм;

                                                                                          (25)

          мкм;                                             

                                                                          (26)

Максимальные напряжения переходов (коллектор – база, эмиттер – база, эмиттер - коллектор) рассчитываются по формулам:

                                                                (27)

 В

                                                                    (28)

 В

                                                                               (29)

 В

- концентрация носителей заряда в собственном  полупроводнике.

Инверсный коэффициент передачи транзистора (Bi) можно определить по следующей формуле:

(13)

             Емкость перехода коллектор-база  и эмиттер – база определим как:

                                                 (30)         

(31)    

Ф;

Обратный ток эмиттера определяется по формуле:                              

                                (32)

            Обратный ток коллектора  определяется по формуле:                              

           (33) 

А;

3.3 Расчет параметров резисторов

Резисторы формируют в любом из диффузионных слоев транзисторной структуры (эмиттерная и базовая области), в эпитаксиальном слое (коллекторная область) и с помощью ионного легирования. Вид резистора выбирают, исходя из заданного номинального значения и точности изготовления.

Основным конструктивным параметром диффузионного резистора является величина ρs, которая зависит от режима диффузии. Параметры диффузионного резистора улучшают подбором конфигурации и геометрических размеров.

 Рассчитаем промежуточные и конечные параметры для  резисторов, соответствующих данному курсовому проекту: 4.7кОм, 2.2 кОм, 2.2 кОм, 470 кОм.

Исходными данными для расчетов резисторов являются: R – сопротивление резистора; ΔR – допуск; - поверхностное сопротивление легированного слоя; P0 – максимально допустимая удельная мощность рассеяния; P – среднее значение мощности.

Коэффициент формы резистора:

                                                               ;                                  (1)

               где R – сопротивление резистора, - поверхностное сопротивление легированного слоя;

              Полная относительная погрешность сопротивления:

                                                      (2)

где  - относительная погрешность воспроизведения; относительная погрешность коэффициента формы резистора; температурный коэффициент сопротивления; - температурная погрешность сопротивления, - рабочий диапазон температур,  допуск (разброс параметров).

Минимальная ширина резистора, при которой обеспечивается заданная погрешность геометрических размеров:

                                                             (3)

где - абсолютная погрешность ширины резистивной полоски; - абсолютная погрешность длины резистивной полоски;  - коэффициент формы резистора.

Минимальная ширина резистора, определяемая из максимально допустимой области рассеяния:

                                                                                                      (4)

      где  P0 -  максимально допустимая мощность рассеивания, P – среднее значение мощности.

За расчетную ширину  резистора принимают значение, которое не меньше наибольшего значения одной из трех величин:    т.е.:                                                     

                                                   ;           (5)

Промежуточные значения ширины резистора:

                                                   -,         (6)

где ∆трав – погрешность, вносимая за счёт растравливания окон в маскирующем окисле перед диффузией, ∆y – погрешность, вносимая за счёт ухода диффузионного слоя под маскирующий окисел  в боковую сторону.

Реальная ширина резистора на кристалле:

                                                             -;     (7)

Расчётная длина резисторов:

                                               -        (8)

 где k1 и k2 – поправочные коэффициенты, учитывающие сопротивление контактных площадок и областей резистора, зависящий от конфигурации контактных областей резистора, Nизг – количество изгибов резистора на угол ;

Значение коэффициентов и  обычно равно 2.

Промежуточное значение длины резистора:

                                                       (9)  

Реальная длина резистора на кристалле:

                                                                     (10)

[8. стр. 29-38]

Таблица 3.3.1 Результаты расчета интегральных ионно – легированных  n- типа резисторов.

Из таблицы расчетов видно, что резистор R3 номиналом 470 кОм реализовать в интегральном исполнении невозможно, следовательно данный резистор вынесен за пределы кристалла. В микросхеме, как уже было сказано выше, под данный резистор предусмотрено два дополнительных вывода.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9