Расчет биполярного и полевого транзисторов

Расчет биполярного и полевого транзисторов

Дисциплина «Физические основы микроэлектроники»
 
2  Тема работы: «Расчёт биполярного и полевого транзисторов»
 
3  Срок сдачи студентом законченной работы:  8 апреля 2010 года
 
4 Перечень вопросов, подлежащих разработке
 
4.1   Исходные данные:
 
1) Биполярный кремниевый p-n-pтранзистор формируется  последовательной двойной базовой диффузией фосфора и эмиттерной диффузией бора в  кремниевую  подложку  p-типа.
Концентрация исходной примеси Nисх=5·1016 см-3,
Поверхностная концентрация примеси фосфора Nод=3·1018 см-3,
Поверхностная концентрация примеси бора Nоа=5·1021 см-3,
Глубина залегания эмиттерного p-nперехода Xэ=0,5 мкм,
Глубина залегания коллекторного p-nперехода Xк=3,5 мкм,
Схема включения: с общей базой.
2) Кремниевый МДП-транзистор обеднённого типа со встроенным n-каналом после формирования структуры должен иметь следующие параметры:
Концентрация акцепторной примеси в пластине Nа=5·1015 см-3,
Плотность поверхностных состояний Nпов=3·1011 см-2,
Толщина подзатворного диэлектрика d=0,08 мкм,
Длина канала l=6 мкм, ширина канала b=60 мкм.
4.2   Содержание пояснительной записки:
1) Аннотация,
2) Оглавление,
3) Анализ технического задания,
4) Введение,
5) Описание технологии изготовления транзистора,
6) Расчётная часть,
7) Основные особенности использования  транзисторных структур  в интегральных  схемах,
8) Заключение,
9) Список литературы.

ВВЕДЕНИЕ. 6
1  АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ.. 9
2  РАСЧЕТ БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА.. 13
3  РАСЧЁТ ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА.. 37
4  ОСНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТРАНЗИСТОРНЫХ СТРУКТУР В ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМАХ.. 47
5  ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 51
6  СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ   52

ВВЕДЕНИЕ
 
Биполярным транзистором называется  электропреобразовательный полупроводниковый прибор с двумя электронно-дырочными переходами, предназначенный для усиления мощности и генерирования колебаний и имеющий три или более выводов.
Тер­мин «биполярный» призван подчеркнуть роль обоих типов но­сителей заряда в работе этого класса транзисторов: инжекция неосновных носителей через базу сопровождает­ся компенсацией их заряда основными носителями.
Биполярный транзистор состоит из трех областей монокристаллического полупроводника с разным типом проводимости: эмиттера, базы и коллектора.
Переход, который образуется на границе эмиттер-база, называется эмиттерным, а на границе база-коллектор – коллекторным. В зависимости от типа проводимости крайних слоев различают транзисторы p?n?р и n?р?n.
Каждый из переходов транзистора можно включить либо в прямом, либо в обратном направлении. В зависимости от этого различают три режима работы транзистора: режим отсечки, режим насыщения, активный режим.
Биполярный транзистор представляет собой два взаимодейстыующих p-nперехода. Каждый переход можно включать либо в прямом, либо в обратном направлении. В зависимости от этого выделяют три режима работы транзистора:
1. Режим отсечки – оба p?n перехода закрыты, при этом через транзистор обычно идет сравнительно небольшой ток;
2. Режим насыщения – оба p?n перехода открыты;
3. Активный режим – один из p?n переходов открыт, а другой закрыт.
В режиме отсечки и режиме насыщения управление транзистором невозможно. В активном режиме такое управление осуществляется наиболее эффективно, причем транзистор может выполнять функции активного элемента электрической схемы.
Если на эмиттерном переходе напряжение прямое, а на коллекторном переходе – обратное, то включение транзистора считают нормальным, при противоположной полярности – инверсным.
Определим основные области биполярного транзистора и их назначение.
Область транзистора, расположенная между переходами, называется базой. Примыкающие к базе области чаще всего делают неодинаковыми. Одну из них изготовляют так, чтобы из нее наиболее эффективно происходила инжекция в базу, а другую – так, чтобы соответствующий переход наилучшим образом осуществлял экстракцию инжектированных носителей из базы.
Область транзистора, основным назначением которой является инжекция носителей в базу, называют эмиттером, а соответствующий переход – эмиттерным.
Область, основным назначением которой является экстракция носителей из базы, называют коллектором, а переход – коллекторным.
Часть базы, находящуюся между эмиттером и коллектором, через которую проходят носители заряда в активном режиме работы транзистора, называют активной частью. Часть базы расположенную между эмиттером и выводами базы, называют пассивной, а ту часть, которая лежит за выводом базы, – периферической.
По характеру движения носителей тока в базе различают диффузионные и дрейфовые биполярные транзисторы.
Основные характеристики транзистора определяются в первую очередь процессами, происходящими в базе. В зависимости от распределения примесей в базе может присутствовать или отсутствовать электрическое поле. Если при отсутствии токов в базе существует электрическое поле, которое способствует движению неосновных носителей заряда от эмиттера к коллектору, то транзистор называют дрейфовым, если же поле в базе отсутствует – бездрейфовым.
Биполярный транзистор, расчёт которого приведён в данной работе, является дрейфовым, так как выбранная технология изготовления подразумевает неоднородность базы.
Также в данной работе нужно рассчитать полевой транзистор.
В 1960 г. были изготовлены полевые транзисторы с изолиро­ванным затвором, в основе которых лежала структура металл–диоксид кремния–полупроводник, используемая для исследова­ния поверхностных свойств кремния.
Полевым транзистором с изо­лированным затвором называют полупроводниковый прибор, имеющий один или несколько затворов, электрически изолирован­ных от проводящего канала.Изоляция затвора от проводящего канала осуществляется с помощью пленки диэлектрика, поэтому полевые транзисторы с изолированным затвором часто называют
MДП-транзисторами. Чаще всего в качестве диэлектрика приме­няют диоксид кремния, такие транзисторы называ­ют МОП-транзисторами. МДП-транзисторы делятся на два вида: с встроенными и с индуцированными ка­налами. Встроенные и ин­дуцированные каналы мо­гут быть как n, так и р-типов электропроводности:

Уменьшение тока на вы­ходе МДП-транзистора со встроенным каналом обеспечи­вается подачей на управляющий электрод—затвор—напря­жения U3с полярностью, соответствующей знаку носителей заряда в канале: для р-канала U3>0, для n-канала U3<0. Напряжение затвора U3указанной полярности вызывает обеднение канала носителями заряда, сопротив­ление канала увеличивается, и выходной ток уменьшается. Если изменить полярность напряжения на затворе (напри­мер, для МДП-транзистора со встроенным р-каналом по­дать UЗ<0), то произойдет обогащение канала дырками и соответственно увеличение выходного тока.
В МДП-транзисторе с индуцированным каналом при на­пряжении на затворе, равном нулю, канал отсутствует. Только при приложении к затвору так называемого поро­гового напряжения образуется (индуцируется) канал. При этом полярность напряжения на затворе должна совпадать со знаком основных носителей в объеме полупроводника-подложки: на поверхности полупроводника индуцируется заряд противоположного знака, т. е. тип проводимости при­поверхностного слоя полупроводника инвертируется и об­разуется проводящий канал.
Таким образом, МДП-транзисторы со встроенным кана­лом могут работать как в режиме обеднения канала носи­телями заряда, так и в режиме обогащения. МДП-транзи­сторы с индуцированным каналом работают только в ре­жиме обогащения [4, c. 289].

1  АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ
 
В ходе работы необходимо рассчитать два  типа транзисторов. В задании на курсовое проектирование приведены только основные величины, которых недостаточно для полного расчета параметров биполярного и полевого МДП-транзистора. Таким образом, в расчетной части будут указаны дополнительные величины и их значения, необходимые для проведения расчёта.
В главе «Введение» должны быть приведены общие сведения по транзисторам, физические принципы работы, схемы включения, режимы работы, условные обозначения в электрических схемах.
Из задания следует, что биполярный транзистор изготавливается по диффузионной технологии. Таким образом, он имеет внутреннее поле в базе, то есть носители передвигаются там не только за счет процесса диффузии, но также за счет электрического поля, обусловленного изменением концентрации носителей  в базе. Такие транзисторы называются дрейфовыми.
Для расчета статических параметров биполярного транзистора необходимо будет выбрать математическую модель полупроводникового прибора согласно необходимой точности. Расчет транзистора будет включать в себя расчет статических и динамических параметров. Динамические параметры вычисляются по обычным формулам с учетом особенностей транзистора.
Полевой транзистор, заданный для расчета - это МДП-транзистор со встроенным каналом, то есть канал существует при отсутствии напряжения на затворе.
Курсовой проект также содержит сведения о  применении транзисторных структур в интегральных микросхемах.
Характеристики полупроводниковых приборов в значительной степени зависят от качества исходных полупроводниковых материалов. Особую проблему при изготовлении полупроводников представляет их очистка. Превращение полупроводника в металл происходит при относительном содержании примеси (0.01-0.001%), что характерно, например, для эмиттерных слоев диодов и транзисторов. Для сохранения характерных полупроводниковых свойств содержание примеси, как правило, должно лежать в пределах  0.0001%. Однако и эта исключительно малая цифра характерна лишь для полезной примеси. Содержание посторонних, а особенно вредных примесей должно быть еще на 2-3 порядка меньше.
Идеальным случаем была бы возможность получения абсолютно чистого собственного полупроводника, в который потом можно было бы добавлять необходимое количество полезной примеси. Практически получение настоящего собственного полупроводника невозможно, но методы современной металлургии позволяют получить исходные материалы с указанной выше степенью чистоты.
Германий и кремний, полученные путем химической обработки их двуокисей, с точки зрения полупроводниковой техники считаются очень загрязненными, почти металлами. Методы специальной очистки их основаны на том, что растворимость большинства примесей гораздо больше в жидкой фазе, чем в твердой. Поэтому, если постепенно охлаждать расплавленный германий или кремний, то в затвердевшей части будет меньше примесей, чем в оставшейся жидкой части. Отрезая от затвердевшего слитка ту часть, которая затвердела, и повторяя операцию, можно получить очень чистый материал. Реализацией описанного принципа являются такие распространенные методы очитки, как зонная плавка, и выращивание кристалла из расплава. При зонной плавке исходный слиток помещают в челночный тигель (из кварца или графита), относительно которого медленно перемещается группа из пяти-шести катушек, служащих для индукционного нагрева и расплавления тех участков слитка, которые находятся в данный момент под катушками. Иногда степень оттеснения примесей за одну протяжку оказывается все же недостаточной, тогда, отрезав примесную часть слитка, операцию повторяют.
Метод выращивания кристалла состоит в том, что в тигель с расплавленным полупроводником опускают (до соприкосновения с расплавом) монокристаллическую затравку из того же материала, а затем медленно поднимают ее вместе с постепенно нарастающим на ней новым монокристаллом. Для перемешивания расплава стержень с затравкой медленно вращают или заставляют слегка вибрировать. Метод выращивания обычно применяют после предварительной зонной травки.
Все виды очистки полупроводников проводят в атмосфере инертных газов или водорода, которые также должны быть достаточно чистыми. Массивные  кристаллические слитки полупроводников, полученные в результате очистки, диаметром до 40-80 мм и длиной до 50-75 см разрезают на множество тонких пластин, на основе которых затем изготавливают отдельные приборы или интегральные схемы. Во время резки слиток прочно закрепляют на неподвижном основании, причем очень важно обеспечить точное расположение слитка относительно режущих полотен или дисков с тем, чтобы пластины имели необходимую кристаллографическую ориентацию. Контроль ориентации осуществляется рентгеновским методом. Как правило, пластины нарезаются в плоскости (111) и  (100).
Поверхность пластин после резки весьма неровная: размеры царапин, выступов и ямок иногда намного превышают размеры будущих структурных элементов. Поэтому перед началом основных технологических операций пластины многократно шлифуют, а затем полируют. Цель шлифовки помимо удаления механических дефектов состоит в том, чтобы обеспечить необходимую толщину пластины (200-300 мкм), недостижимую при резке, и параллельность плоскостей.
По окончании шлифовки на поверхности все же остается механически нарушенный слой толщиной в несколько микрон и выше, под которым расположен еще более тонкий. Так называемый физически нарушенный слой. Последний характерен наличием незримых искажений кристаллической решетки и механических напряжений, возникающих в процессе шлифовки.
Цель полировки состоит в удалении обоих нарушенных слоев и снижении неровностей поверхности до уровня, свойственного оптическим системам и составляющего сотни, а иногда десятки ангстрем. Чаще всего используется химическая полировка (травление). Обязательными компонентами таких реактивов является окислитель (обычно азотная кислота) и растворитель образующегося окисла (обычно плавиковая кислота). Кроме этих компонентов в состав правителей входят ускорители и замедлители реакции. Выступы и трещины на поверхности стравливаются быстрее, чем основной материал, и в целом поверхность выравнивается.
Помимо травления важнейшим химическим процессом в полупроводниковой технологии является очистка поверхности от  загрязнений органическими веществами,  особенно жирами.  Такую очистку проводят неоднократно, в частности перед каждым травлением, поскольку скорость травления резко уменьшается в местах загрязнений. Очистку и обезжиривание проводят в органических растворителях при повышенной температуре. Травление, очистка и многие другие процессы сопровождаются отмывкой пластин в деионизированной воде. Степень деионизации оценивается по удельному сопротивлению воды, которое должно лежать в пределах 10-20 МОм×см и выше (удельной сопротивление дистиллированной воды не превышает 1-2 МОм×см).
Существует несколько технологий создания p-nпереходов, но мы рассмотрим только диффузионную технологию, так как по этой технологии должен быть выполнен рассчитываемый транзистор.
Диффузия - это процесс, с помощью которого на поверхности или внутри пластины полупроводника получают p- или n- области путем введения акцепторных или донорных примесей. Проникновение примесей внутрь пластины проводника происходит за счет диффузии атомов примеси. Источником примеси  диффузанта может быть либо жидкость, либо газ (пар). В первом случае поверхность пластины контактирует со расплавом, содержащем в качестве компонента необходимую примесь, во втором случае - с парами примеси или с потоком инертного газа-носителя, содержащего пары примеси. Второй метод имеет большее распространение.
На рисунке 2.1 показан метод открытой трубы для получения диффузионных слоев. Вдоль трубы с небольшой скоростью непрерывно проходит поток нейтрального газа-носителя, например аргона.
Рисунок 1.1 – Схема двухзонной диффузионной печи
В 1-ой температурной зоне к этому потоку примешиваются пары диффузанта, полученные сублимацией из твердого источника. Попадая во 2-ую высокотемпературную зону, где расположены пластины полупроводника, молекулы диффузанта (например - фосфора) адсорбируются и диффундируют в пластины на определенную глубину, а другие составляющие диффузанта
(в нашем примере - хлор) уносятся газом носителем из зоны. Нагрев источника диффузанта и пластин осуществляется локальным высокочастотным полем с помощью внешних катушек.
Диффузия примесей имеет под собой ту же теоретическую базу, что и диффузия подвижных носителей заряда. Существенное отличие состоит, конечно, в отсутствие рекомбинации, а с количественной стороны  в несравненно меньших коэффициентах диффузии, а значит, и скоростях движения.
Так как атомы примеси диффундируют из области высокой концентрации со скоростью, определяемой коэффициентом диффузии, то наибольшая концентрация примесей наблюдается у поверхности полупроводника. С увеличением расстояния от поверхности вглубь полупроводника концентрация примесей монотонно убывает.
Диффузию можно проводить и однократно, и многократно (двойная, тройная диффузия). Например, в исходную пластину кремния p-типа во время первой диффузии внедряется донорная примесь (фосфор) и получается n-слой. Во время второй диффузии, внедряется в полученный слой (на меньшую глубину) акцепторная примесь (бор) и тем самым обеспечивается трехслойная структура транзистора.
Атомы примеси с меньшим коэффициентом диффузии образуют вблизи поверхности полупроводника область с противоположным типом электропроводимости. Качество процесса диффузионного получения переходов во многом зависит от точности поддержания требуемой температуры. Например, при температуре 1000-1200 ºС изменение ее на несколько градусов может в два раза изменить коэффициент диффузии.

2.  РАСЧЕТ БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА
 
Биполярный дрейфовый транзистор p-n-pтипа будем изготавливать по диффузионной технологии. Диффузию можно проводить и однократно, и многократно. Проведём двойную диффузию, причём в первый раз осуществим диффузию донорной примеси, а во второй раз – акцепторной, но на меньшую глубину для формирования структуры p-n-p.
Атомы примеси диффундируют из области высокой концентрации со скоростью, определяемой коэффициентом диффузии, и наибольшая концентрация примесей наблюдается у поверхности полупроводника.
В начальный момент времени будем считать концентрацию вводимой примеси равной нулю; полагаем также, что глубина диффузии невелика по сравнению с толщиной пластины. Будем использовать так называемый ограниченный источник примеси. В этом случае полное количество атомов примеси остаётся постоянным в процессе диффузии. Сначала происходит «загонка» атомов примеси на небольшую глубину; затем внешний источник отключается и начинается «разгонка». 

*****
Например, модель Гуммеля-Пуна основана на интегральных соот­ношениях для зарядов и связывает внешние электрические харак­теристики с зарядом в базе транзистора. Это очень точная модель, объясняющая многие физические эффекты, но для ее описания требуется много параметров: так, для работы в широком диапазоне необходимо 25 параметров. Последовательное упрощение модели Гуммеля-Пуна в конце концов приводит к простейшей модели Эберса-Молла [7, c. 165].

*****
При использовании этой схемы замещения принимаются следующие допущения [5, с. 186]:
1)  Площадь поперечного сечения постоянна в любом сечении прибора,
2)   Концентрация носителей заряда зависит только от координаты Х,
3) Концентрация примеси постоянна в каждой области, и поэтому p-nпереходы считаются резкими,
4) Низкий уровень инжекции,
5) Ни на внешней поверхности ПП, ни на внутренних областях процессы рекомбинации не происходят,
6) Толщина активной области базы постоянна.
 
Исходя из данной схемы замещения, работу транзистора можно описать так
[1, c. 181]:
Если эмиттерный переход открыт и через него протекает ток то в цепи коллектора будет протекать несколько меньший ток, поскольку часть инжектированных носителей заряда рекомбинирует. В этом случае αN=αFпредставляет собой коэффициент передачи эмиттерного тока. При инверсном включении транзистора αI=αR– коэффициент передачи коллекторного тока.
*****

4  ОСНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТРАНЗИСТОРНЫХ СТРУКТУР В ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМАХ

Интегральная микросхема (ИМС) – это конструктивно законченное изделие электронной техники, выполняющее определенную функцию преобразования информации и содержащее совокупность электрически связанных между собой электрорадиоэлементов (ЭРЭ), изготовленных в едином технологическом цикле.
По способу изготовления различают полупроводниковые ИМС, пленочные ИМС и МС, выполненные по совмещенной технологии. В полупроводниковых ИМС все ЭРЭ и часть межсоединений сформированы в приповерхностном слое полупроводниковой (обычно кремниевой подложки). Отдельные элементы транзисторы, диоды, пассивные элементы в полупроводниковых ИМС изолируются друг от друга двумя основными способами: 1) обратно смещенным p-nпереходом; 2) диэлектрической изоляцией между ним.
Проводящие межэлементные соединения получают при помощи инверсии приповерхностных слоев полупроводника, а также за счет нанесения проводящих пленок на поверхностных слоях МС. Степень интеграции составляет 100000 элементов в одном кубическом сантиметре.
Гибридные ИМС (ГИС) – это микросхемы, в которых все пассивные элементы выполняются по тонкопленочной (толстопленочной) технологии: проводники, сопротивления, емкости и другие пассивные элементы выполняются на поверхности высококачественной подложки (стекло, керамика, полупроводник). Активные элементы устанавливаются сверху, как отдельные элементы в бескорпусном исполнении. В ГИС пассивные элементы имеют высококачественные параметры, так как используются хорошие диэлектрики, проводящие полосы. Степень интегрирования 150 элементов в одном кубическом сантиметре.
В ИМС, выполненных по совмещенной технологии, все активные элементы выполнены по полупроводниковой технологии в объеме кристалла полупроводника, а пассивные – на поверхности по пленочной технологии.
В качестве активных элементов ИМС используют обычно различные транзисторные структуры, сформированные в кристалле кремния методами планарной технологии.
 Биполярный   транзистор    является     основным    активным   элементом  в современных интегральных микросхемах. Структура биполярного транзистора в ИМС отличается от структуры дискретного транзистора изоляцией от подложки. Другая особенность связана с тем, что вывод от коллекторной области интегрального транзистора осуществляется на верхней поверхности кристалла. Поэтому уменьшения объемного сопротивления области коллектора перед эпитаксиальным наращиванием производится обычно подлегирование подложки в тех местах, где будут сформированы транзисторные структуры, то есть создается скрытый n+-слой.
Однако даже при наличии скрытого n+-слоя сопротивление коллекторной области интегрального транзистора оказывается больше аналогичного сопротивления дискретного транзистора, так как скрытый n+-слой отделен от коллекторного электрода высокоомным слоем коллекторной области. Это приводит к некоторому ухудшению частотных свойств интегрального транзистора в связи с увеличением постоянной времени цепи коллектора (времени перезарядки барьерной емкости коллектора). Поэтому граничные частоты биполярных транзисторов в интегральных микросхемах обычно не превышает 500 МГц. При этом необходимо также учесть, выходная ёмкость интегрального транзистора состоит не только из барьерной ёмкости коллекторного перехода, но и из барьерной ёмкости изолирующего перехода между областью коллектора интегрального транзистора и остальной частью кристалла.
Кроме того, в связи с увеличенным сопротивлением коллекторной области интегральный транзистор имеет повышенное значение напряжения между коллектором и эмиттером в режиме насыщения. Интегральный транзистор отличается от аналогичного дискретного транзистора, изготовленного по той же планарной технологии, значительно меньшими размерами. Объясняется это тем, что в дискретном планарном транзисторе должны быть контактные площадки для подсоединения проволочных выводов эмиттера, базы и коллектора. Размер контактных площадок должен быть не менее 100·100 мкм. В ИМС нужны только для подсоединения выводов от всей схемы. Отдельные же элементы ИМС соединены между собой межэлементными соединениями  в  виде   тонких  и  узких  (нескольких  микрометров)  металлических полос.
 Основу    биполярных    ИМС   составляют транзисторы n-p-nтипа, что вызвано удобствами формирования именно n-p-nструктур и несколько лучшими параметрами интегральных n-p-nтранзисторов по сравнению с параметрами интегральных транзисторов p-n-p-типа. Основным приемлемым вариантом интегрального транзистора p-n-p-типа является горизонтальный (боковой) транзистор.
Для его формирования не надо вводить дополнительных технологических операций, так как p-область его эмиттера и коллектора получаются одновременно при создании p-области базы транзистора n-p-n-типа. Однако горизонтальный p-n-p-транзистор оказывается бездрейфовым из-за однородного легирования его базовой области – эпитаксиального слоя. Толщина активной части базы горизонтального транзистора получается относительно большой. Все это приводит к посредственным частотным свойствам горизонтального транзистора: его граничная частота не превышает нескольких десятков мегагерц.
У   горизонтального   транзистора   должны   быть    одинаковыми   пробивные напряжения эмиттерного и коллекторного переходов. Близкими должны быть и коэффициенты передачи тока эмиттера при нормальном и инверсном включении такого транзистора, так как область эмиттера и коллектора одинаковы по свойствам.
Горизонтальная  структура    позволяет легко осуществить многоколлекторный транзистор. Для этого достаточно кольцевую область коллектора разделить на несколько частей и предусмотреть отдельные выводы от каждой части – от каждого коллектора. Коэффициент передачи тока для каждого коллектора будет, конечно, в соответствующее число раз меньше, чем для единого коллектора, но все коллекторы будут действовать синхронно, а нагрузки во всех коллекторных цепях будут электрически разделены. Многоколлекторный транзистор оказывается удобным для некоторых цифровых интегральных микросхем.
Полевые транзисторы с управляющим p-nпереходом и МОП-транзисторы изготовляют по технологии монолитных ИМС или по технологии “кремний на сапфире” (КПС). Особенности технологии изготовления полевого транзистора  определяются в основном видом и концентрацией вводимых примесей. Различают p-МОП-, n-МОП- и k-МОП-технологии. Компоненты, выполненные по p-МОП-технологии (с каналом типа p), имеют малое быстродействие, пороговое напряжение, дешевы, просты в изготовлении, имеют большой выход годных изделий.
Технология n-МОП более сложна, позволяет изготовлять транзисторы с меньшим пороговым напряжением, каналом типа n, большим быстродействием и плотностью элементов. В технологии комплиментарных приборов k-МОП используются комбинации процессов,используемых в n-МОП и p-МОП-технологиях. Поэтому производство более дорогостоящее, а плотность элементов на кристалле малая. Однако при небольших напряжениях быстродействие приборов, выполненных по этой технологии выше, чем у приборов выполненных по n-МОП технологии. Кроме того, такие ИМС потребляют очень малую мощность и могут работать при значительных изменениях напряжения питания.
МОП-транзисторы ИМС выполняются или с технологически встроенным, или с индуцированным каналом. При изготовлении МОП-транзисторов количество ответственных операций, влияющих на процесс выхода годных микросхем, значительно меньше, чем при изготовлении биполярных транзисторов. Роль диэлектрика между затвором и каналом выполняет диоксид кремния SiO2, что хорошо согласуется с основными технологическими процессами. В отличие от своего дискретного аналога полевые транзисторы с управляющим p-nпереходом значительно реже применяются в ИМС, чем МОП-транзисторы.
Чтобы не усложнять технологию изготовления интегральной микросхемы, целесообразно для создания резисторов использовать одну из областей транзисторной структуры.
Эмиттерная область содержит наибольшую концентрацию примесей и обладает наименьшим удельным сопротивлением слоя. Поэтому эмиттерная область пригодна для формирования диффузионных резисторов только с малым сопротивлением (около 10 Ом). Из-за большой концентрации примесей температурные коэффициенты сопротивления таких резисторов будут малы.  
Коллекторная область транзисторной структуры содержит наименьшую концентрацию примесей. Поэтому коллекторная область пригодна для формирования диффузионных резисторов с большим сопротивлением, но из-за малой концентрации примесей температурные коэффициенты сопротивления таких резисторов велики. Таким образом, для формирования диффузионных резисторов обычно используют базовую область транзисторной структуры. Без существенного увеличения площади, занимаемой диффузионным резистором, в базовой области могут быть созданы резисторы с сопротивлением до 50 кОм. В то же время такие диффузионные резисторы имеют приемлемые температурные зависимости сопротивления; во всяком случае.
В качестве конденсаторов ИМС часто используют барьерную область p-nперехода, смещенного в обратном направлении. Такой пассивный элемент ИМС удобно формировать  одновременно с формированием транзисторных структур или использовать непосредственно p-nпереходы транзисторных структур.
Барьерная емкость p-nперехода может быть использована как для создания конденсатора постоянной емкости, так и для конденсатора переменной емкости, которой можно управлять путем изменения постоянного смещения на переходе.
Диапазон   номинальных    значений    емкости   диффузионных конденсаторов, которые могут быть сформированы на отведенных  для них площадях монокристалла полупроводника, определяется концентрацией примесей в прилегающих  к переходу  областях.  Диффузионные  конденсаторы,  использующие эмиттерную емкость транзисторной структуры, имеют большую удельную емкость по сравнению с конденсаторами на коллекторном переходе. Удельную емкость и пробивное напряжение диффузионных конденсаторов надо рассматривать совместно. Взаимосвязь между этими параметрами оказывается неблагоприятной для диффузионных конденсаторов.
В качестве диэлектрика МДП конденсатора используют слой диоксида кремния, которым покрыт кристалл полупроводника. Одной обкладкой конденсатора является слой металла (обычно алюминия), нанесенный на поверхность слоя диоксида кремния одновременно с созданием межэлементных соединений и контактных площадок; другой обкладкой – сильно легированная область полупроводника, которая формируется одновременно с формированием эмиттерных областей транзисторных структур интегральных микросхем. Таким образом, процесс изготовления МДП-конденсаторов также не требует проведения дополнительных операций для их формирования. В островке, предназначенном для МДП-конденсатора, не формируют базовую область транзисторной структуры, то есть не проводят диффузию примесей для создания базовой области. Поэтому под МДП-конденсатором есть только один p-n- переход между коллекторной областью транзисторной структуры и подложкой, который необходим для изоляции МДП-конденсатора от других элементов, расположенных на одной с ним полупроводниковой пластине.

5  ЗАКЛЮЧЕНИЕ
 
Таким образом, после выполнения задания на курсовой проект были более детально изучены общие сведения по транзисторам, физические принципы работы, схемы включения, режимы работы, а также технология производства, возможности использования транзисторных структур в интегральных микросхемах и другие особенности полупроводниковых приборов.
По разработанной методике были рассчитаны биполярный и полевой транзисторы. Для построения ВАХ биполярного транзистора использовалась модель Эберса-Молла, так как в расчётах не требовалось особой точности.
Были посчитаны предельные и граничные частоты транзисторов. На основе этих результатов можно сделать вывод, что транзисторы получились достаточно высокочастотными.

6  СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
 
1. Степаненко И. П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем. – М.: Энергия, 1977.- 672с.
2. Трутко А. Ф. Методы расчёта транзисторов. – М.: Энергия, 1971.
3. Королев В.Л., Карпов Л.Д. Конструирование полупроводниковых интегральных схем. –   Красноярск, 1992. 118с.
4. Тугов Н. М. Полупроводниковые приборы. – М.: Энергоатомиздат, 1990.
5. Росадо Л. Физическая электроника и микроэлектроника. – М.: Высшая школа, 1991.
6. Епифанов Г.И. Физические основы микроэлектроники. – М.: Советское радио, 1971.
7. Зи С. Физика полупроводниковых приборов: В 2-х книгах. Пер. с англ. –
2-е перераб. и доп. Изд. –М.: Мир, 1984. -456с.
8. Березин А. С., Мочалкина О. Р. Технология и конструирование интегральных микросхем.- М.: Радио и связь, 1983.
9. Скрипников Ю.Ф. Радиаторы для полупроводниковых приборов. 1973.
10. Пасынков В.В., Чиркин Л.К. Полупроводниковые приборы. – С-П, 2002.

Полное содержание работы - с рисунками, графиками, формулами и расчётам можно скачать в архивом с нашего сайта бесплатно.