npn双极型晶体管的设计器件物理课程设计

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

目录

1．设计任务书 (2)

1.1内容 (2)

1.2要求与数据 (2)

1.3应完成的工作 (2)

1.4主要参考文献 (3)

2．物理参数计算 (3)

2.1. 各区掺杂浓度及相关参数的计算 (3)

2.2少子的迁移率 (3)

2.3少子的扩散系数 (4)

2.4少数载流子的扩散长度 (5)

2.5各区的厚度 (5)

2.5.1集电区厚度Wc (5)

2.5.2基区宽度WB (6)

2.6扩散结深 (9)

2.7电阻率 (9)

3．实际器件设计 (10)

3.1硅片选择 (10)

3.2图形结构 (10)

3.3各区面积 (11)

4.工艺参数计算 (11)

4.1基区硼扩散 (11)

4.1.1预扩散 (11)

4.1.2再扩散 (12)

4.1.3氧化层厚度 (13)

4.2发射区磷扩散 (13)

4.2.1预扩散 (13)

4.2.2再扩散 (14)

4.2.3氧化层厚度 (15)

4.3氧化时间 (15)

4.3.1基区氧化 (15)

4.3.2发射区氧化 (16)

5、设计参数总结 (17)

6、工艺流程 (18)

6.1主要流程 (18)

6.2清洗工艺 (22)

6.3氧化工艺 (23)

6.4光刻工艺 (25)

6.5硼扩散工艺(基区扩散) (27)

6.6磷扩散工艺(发射区扩散） (29)

7.版图设计 (31)

7.2发射区掩膜板 (31)

7.3接触孔掩膜版 (32)

8.总结与体会 (32)

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，h

fe =120,BV

CBO

=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N E, N B,和N C, 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W c，基本宽度W b，发射区宽度W e和扩散结深X jc, 发射结结深X je等。

4．根据扩散结深X jc, 发射结结深X je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

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》Robert F. 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N E , N B ,和N C

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

错误!未找到引用源。,由此可得集电区杂质浓度为：3

4

13

10

6）（CBO

C BV N ⨯= 由设计的要求可知C-B 结的击穿电压为：BV CBO =80V 根据公式,可算出集电区杂质浓度：

3

153

153

4

133413100.7106.8142)80106(106--⨯=⨯≈⨯=⨯=cm cm BV N CBO C ）（

一般的晶体管各区的浓度要满足NE>>NB>NC ，

cm

N cm

N cm N E B C 3

3

3

10180.7100.716100.715---⨯=⨯=⨯=集电区参杂浓度：基区掺杂浓度：发射区掺杂浓度：

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

cm N B 3

10716-⨯=，基区的少子

迁移率： s V cm B

⋅=/7402

n μ 当集电区的掺杂浓度cm N C 3

100.715-⨯=，集电区的少子迁移率：

s V cm C ⋅=/4402p μ

当发射区的掺杂浓度cm cm N E 3310180.7--⨯==，发射区的少子迁

移率：s V cm E

⋅=/722

p μ 2.3少子的扩散系数

由爱因斯坦关系式可知，

基区扩散系数：

S q KT cm D B B 2

24.19740026.0=⨯==μ