4. Последовательность расчета параметров биполярного транзистора

Исходные данные для расчета

Максимальное напряжение на коллекторном переходе: U _кб = 1,5 В

Максимальный ток эмиттера: І _э = 4,5 мА

Граничная частота f _т = 500 МГц

Дальнейший расчет проводится с помощью программы расчета параметров биполярных транзисторов, результаты расчета, представленные ниже, были получены с помощью данной программы

Расчет выполняется в следующей последовательности

1. По заданному максимально допустимому напряжению U _кб определяют пробивное напряжение U _кб0 , которое должно быть хотя бы на 20% больше U _кб и учитывает возможные колебания напряжения питания, т.е. U _кб0 =1,2 U _кб , в нашем случае U _кб0 =1,8 В. Пробивное напряжение U _пр коллекторного перехода выбираем с коэффициентом запаса 3, это учитывает возможность пробоя по поверхности и на закруглениях коллекторного перехода. В нашем случае U _пр = 5,4 В

По графику зависимости U _пр (N _дк ) [1] , где N _дк – концентрация доноров в коллекторе, находят N _дк . В программе расчета значение концентрации находится численными методами. В нашем случае N _дк = 5 · 10 ¹⁷ см ^-3 . Данное значение слишком велико, т.к при таком значении возможно появление паразитного n-канала, поэтому уменьшим его до 10 ¹⁶ см ^-3

По графику зависимости подвижности электронов от их концентрации [1] находят подвижность электронов. В нашем случае m _n = 1200 см ² /(В · с)

2. Определяют характеристическую длину распределения акцепторов L _а и доноров L _д :

( 4.1)

где х _jк – глубина коллекторного перехода. В нашем случае L _a = 0,374 мкм; L _д = 0,0748 мкм

3. Для расчета ширины ОПЗ (области пространственного заряда) на коллекторном и эмиттерном переходах предварительно вычисляют контактную разность потенциалов на коллекторном переходе:

( 4.2 )

где f _т – тепловой потенциал, равный 0,0258 В при Т=300 К.; n _i – концентрация собственных носителей заряда в кремнии (n _{i »} 10 ¹⁰ см ^-3 ). В нашем случае f _к = 0,6771 В

Контактная разность потенциалов на эмиттерном переходе f _э рассчитывается аналогично f _к . В нашем случае f _э = 0,1809 В

4. Рассчитывают ширину ОПЗ, распространяющуюся в сторону базы ( D х _кб ) и в сторону коллектора ( D х _кк ) при максимальном смещении коллекторного перехода U _кб :

	( 4.3 )
	( 4.4 )

где , e ₀ , e _н – соответственно диэлектрическая постоянная и относительная диэлектрическая проницаемость полупроводниковой подложки

В нашем случае D х _кб = 0,387 мкм, D х _кк = 0,6656 мкм

5. Выбираем ширину технологической базы равной 1 мкм

6. Определяем концентрацию акцепторов на эмиттерном переходе:

N a (x jэ ) = N дк exp(W б0 /L a )

( 4.5 )

В нашем случае N _a (x _jэ ) = 1,338 · 10 ¹⁷ см ^-3

7. В результате высокой степени легирования эмиттера область объемного заряда на эмиттерном переходе в основном будет сосредоточена в базе. Приближенно можно считать, что D х _эб » D х _э , где

( 4.6 )

В нашем случае D х _э = 0,08858 мкм

8. Расчитываем ширину активной базы:

W ба = W б0 - D х э - D х кб

( 4.7 )

В нашем случае W _ба = 0,4944 мкм

Дальнейший расчет транзистора включает вычисление площади эмиттерного перехода,

9. Расчет минимальной площади эмиттерного перехода осуществляется на основе критической плотности тока через эмиттерный переход

( 4.8 )

где =const для Si (10 ⁷ cм/с)

В нашем случае j _кр = 2811 А/см ²

( 4.9 )

В нашем случае S _е = 160,1 мкм ²

10. Определим емкость коллекторного перехода на основе граничной частоты транзистора

Из заданной частоты f _t , найдем емкость коллекторного перехода С _к

( 4.10 )

В нашем случае С _к = 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 V _k =V _kp

В нашем случае S _{б дон} = 2734 мкм ²

Исходя из полученного значения площади найдем площадь боковой части

коллекторного перехода:

( 4.12 )

в нашем случае S _б.бок = 719 мкм ²