Технологии изготовления транзисторов

Для расчета параметров транзистора необходимо знать концентрацию примеси, подвижность носителей. Для нахождения концентрации примеси в базе воспользуемся формулой напряжения пробоя, которое берется U_{обр.доп}=0,5U_пр.

,

где: ΔE – ширина запрещенной зоны германия (ΔE=0.67эВ);

        N_Б – концентрация примеси в базе.

После некоторых преобразований и вычислений получаем:

N_Б = 6.37 *10¹⁵ 1/см³.

Концентрации примеси в эмиттере и коллекторе равняются предельной растворимости примесного вещества в кристалле. Так как примесью является индий то:

N_Э = N_К = 4*10¹⁸ 1/см³ [1].

Концентрации неосновных носителей рассчитаем исходя из закона действующих масс:

np = n_i²,

где n_i – собственная концентрация носителей.

Подвижность носителей находится  по эмпирической формуле, связывающая подвижность с концентрацией.

,

где N⁺ - концентрация рассеивающих центров.

 

Используя соотношения Эйнштейна, находим:

• Коэффициент диффузии электронов в эмиттере при Т = 300 К

• Коэффициент диффузии дырок в базе при Т = 300 К

Для нахождения длины диффузионного  смещения необходимо знать время жизни носителей. Время жизни носителей можно вычислить по формуле:

,

где: γ – сечение рассеивания, γ = 10^-17 см²

       υ_Т – тепловая скорость, υ_Т = 10⁷ см/с

       N – концентрация рассевающих центров

Длина диффузионного смещения вычисляется по формуле:

Далее рассчитаем толщину базы, для  этого воспользуемся формулой для коэффициента передачи тока эмиттера:

,

где:

       

         α – коэффициент передачи тока эмиттера (α=0,98)

Находим толщину базы:

,

получаем: W = 3,03 мкм.

Удельное сопротивление базы равно:

Зная толщину базы, находим эффективность эмиттера:

получаем:

Зная коэффициент передачи тока эмиттера, рассчитаем коэффициент передачи тока базы:

Для расчета сопротивления R_КБ воспользуемся формулой:

 

где: ε = 16 – диэлектрическая проницаемость германия.

       ε₀ = 8,85*10^-14 Ф/см

 

Сопротивление эмиттера находим, используя внутреннее уравнение транзистора:

где: - коэффициент отрицательной обратной связи по напряжению

μ = 5,02*10^-4.

Найдем дифференциальное сопротивление  базы:

- дифференциальное сопротивление

 

 

 

Для нахождения диффузионной емкости эмиттерного перехода, рассчитаем время пролета носителей через базу:

Диффузионная емкость коллекторного  перехода равна:

 

Найдем барьерную ёмкость коллекторного перехода:

[1],

где:

 

Барьерная емкость эмиттерного перехода:

[1]

Прямые напряжения, которые можно  подавать на p-n переход не могут быть больше поскольку при разница становится отрицательной и p-n переход исчезнет.

Вычислим барьерную емкость  эмиттерного перехода без учета прямого напряжения

 

Для вычисления омического сопротивления  базы воспользуемся формулой для  расчета максимальной частоты генерации:

,

где:

     

тогда:

 
6 Расчет теплового режима транзистора

 

Тепловое сопротивление корпуса  определяется выражением:

где: Т_jmax – максимальная рабочая температура коллекторного p-n перехода;

        Р – мощность, выделяемая в коллекторном p-n переходе при протекании тока I_пр.max.

Максимальная рабочая температура коллекторного p-n перехода рассчитывается по формуле:

Так как по ТЗ транзистор не специального назначения, то рабочая температура транзистора равна Т_окр = 300 К. Мощность, выделяемая в коллекторном p-n переходе, задана в исходных данных.

Корпус - это часть конструкции полупроводникового прибора, предназначенная для защиты от внешних воздействий и для соединения с внешними электрическими цепями посредством выводов. На рисунке приведен способ крепления выводов к кристаллу. Корпуса стандартизованы для упрощения технологического процесса изготовления изделий.

 

Рисунок  - Схема крепления выводов к кристаллу

 

Для выбора корпуса необходимо, что  бы он рассевал мощность, которую выделяет p-n переход. Мощность, выделяемая в коллекторном p-n переходе:

По расчетным параметрам и исходным данным выбран корпус КТ – 46. Материал корпуса выполнен из пластмассы. Рассевающая  мощность корпуса составляет 0,25Вт. Чертеж корпуса представлен в  приложении С.

7 Расчет входных и выходных характеристик

 

По ТЗ необходимо рассчитать характеристики транзистора включенного в схеме с общей базой (ОБ). Для построения семейства характеристик использовались выражения, которые следуют из модели Эберса-Мола.

Входные характеристики. Внешний вид  таких характеристик соответствует прямым ветвям ВАХ электронно-дырочного перехода. Смещение характеристик при изменении напряжения U_кб обусловлено эффектом Эрли. Аналитический вид характеристик задается выражением:

.

Выходные характеристики. Внешний  вид кривых соответствует обратной ветви ВАХ ЭДП. Наличие тока при U_КБ = 0 говорит о том, что ток в цепи коллектора связан не с наличием поля коллектора, а с наличием градиента концентрации неосновных носителей заряда в базе. Аналитический вид характеристик задается выражением:

.

Графически входные и выходные характеристики представлены в приложении A.

8 Расчет частотного диапазона транзистора

 

- предельная частота коэффициента  передачи тока эмиттера

- предельная частота коэффициента  передачи тока базой

- граничная частота

 

График зависимости  представлен в приложении С.

 

Заключение

 

В данной курсовой работе был рассмотрен диффузионный транзистор p-n-p типа с двумя резкими p-n переходами. В данной курсовой работе был выбран материал для изготовления транзистора. Данному транзистору удовлетворяет материал германий. Так же были рассчитаны геометрические размеры и электрофизические параметры транзистора. Были построены входные и выходные характеристики транзистора в схеме с ОБ и построена зависимость максимальной частоты генерации от напряжения.

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

 

1 Трудко А.Ф. Методы расчета  транзисторов. - М.: Энергия, 1971.- 272 с.

2 Троян П.Е. Твердотельная электроника:  Учебное пособие. – Томск: ТУСУР, 2006. – 321 с.

3 Пасынков В.В., Чиркин Л.К. Полупроводниковые  приборы. – СПб.: Лань, 2001. – 480 с.

4 www.wikipedia.org/wiki/Транзистор

5 Троян П.Е Микроэлектроника: Учебное  пособие. – Томск: ТУСУР, 2003. –  36 с.

6 Маслов А.А.Технологии и конструкции полупроводниковых приборов - М.: Энергия, 1970.- 296 с

7 Гаман В.И. Физика полупроводниковых приборов. - Томск: Изд-во НТЛ,2000. – 426с.

 

Приложение А

Рисунок 1 - Семейство входных характеристик  для БТ в схеме с ОБ

Рисунок 2 - Семейство выходных характеристик  для БТ в схеме с ОБ

 

Приложение В

Рисунок 3 – Зависимость 

 

 

Приложение С