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文档分类:通信/电子

npn型双极晶体管半导体器件课程设计.doc


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npn型双极晶体管半导体器件课程设计.doc
文档介绍:
微电子器件课程设计报告

题 目: NPN型双极晶体管
班 级: 微电0802班
学 号: 080803206
姓 名: 子忠
指导老师: 剑霜

2011 年6月6日


目标结构
NPN 型双极晶体管
目标参数
最终从IV曲线中提取出包括fT和 Gain在的设计参数.
三、在该例中将使用:
(1)多晶硅发射双极器件的工艺模拟;
(2)在DEVEDIT中对结构网格重新划分;
(3)提取fT和peak gain.
ATLAS中的解过程:
1. 设置集电极偏压为2V.
2. 用 log语句用来定义Gummel plot数据集文件.
3.用 extract语句提取BJT的最大增益"maxgain"以及最大 ft,"maxft". Gummel plot:晶体管的集电极电流Ic、基极电流 Ib与基极-发射极电压 Vbe关系图(以半对数坐标的形式).
四、制造工艺设计
4.1.首先在ATHENA中定义0.8um*1.0um的硅区域作为基底,掺杂为均匀的***杂质,浓度为2.0e16/cm3,然后在基底上注入能量为18ev,浓度为4.5e15/cm3的掺杂杂质硼,退火,淀积一层厚度为0.3um的多晶硅,淀积过后,马上进行多晶硅掺杂,掺杂为能量50ev,浓度7.5e15/cm3的***杂质,接着进行多晶硅栅的刻蚀(刻蚀位置在0.2um处)此时形成N++型杂质(发射区)。刻蚀后进行多晶氧化,由于氧化是在一个图形化(即非平面)以及没有损伤的多晶上进行的,所以使用的模型将会是fermi以及compress,进行氧化工艺步骤时分别在干氧和氮的气氛下进行退火,接着进行离子注入,注入能量18ev,浓度2.5e13/cm

3的杂质硼,随后进行侧墙氧化层淀积并进行刻蚀,再一次注入硼,能量30ev,浓度1.0e15/cm3,形成P+杂质(基区)并作一次镜像处理即可形成完整NPN结构,最后淀积铝电极。
4.2.三次注入硼的目的:
第一次硼注入形成本征基区;第二次硼注入自对准(self-aligned)于多晶硅发射区以形成一个连接本征基区和 p+ 基极接触的 connection.多晶发射极旁的侧墙(spacer-like)结构用来隔开 p+ 基极接触和提供自对准.在模拟过程中,relax 语句是用来减小结构深处的网格密度,从而只需模拟器件的一半;第三次硼注入,形成p+基区。
4.3.遇到的问题
经常遇到这样一种情况:一个网格可用于工艺模拟,但如果用于器件模拟效果却不甚理想.在这种情况下,可以用网格产生工具DEVEDIT用来重建网格,从而以实现整个半导体区域无钝角三角形.
五、原胞版图和工艺仿真结果:
用工艺软件ATHENA制作的NPN基本结构:



用Cutline工具截取Boron的浓度分布图如下:




用Cutline工具截取Arsenic的浓度分布图如下:














用Cutline工具截取净掺杂的浓度分布图如下:
最后结果如图. 可以看出:发射极、基极、集电极的净掺杂浓度分别为 10 的 19、17(接触处为 19)、16次方量级.



















参数提取:
结深及方块电阻的提取图:


运行结果:
结深:bc-nxj=0.10218um,be-nxj=0.406303um
方块电阻:b-sheet=121.458ohm/square,e-sheet=103.565ohm/square












电流方法倍数即电流增益和ft的提取图:



运行结果:
peak collector current=0.000397951 A
peak gain=83.1365 ,max fT=7.69477e+09
特征频率:使集电极电流与基极电流之比下降到 1 的信号频率,也就是无法将输入信号放大时的频率.因此也称截至频率.
六、实验心得体会
近一周的微电子器件课程设计结束了,通过本次设计,我们学会了用silvaco进行器件仿真,并且懂得了NPN基本结构的工艺流程以及如何提取器件参数,培养了我们独立分析问题和解决问题的能力,懂得了理论与实际相结合是很重要的,只有理论知识是远远不够的,只有把所学的理论知识与实践相结合起来,从理论中得出结论,从而提高自己的实际动
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