Перечень используемых обозначений

Курсовая работа

На тему:

«Расчёт и проектирование маломощных биполярных транзисторов»

 

Выполнил: ст. Козачук В. М.

Проверил: доц. Торопчин В. И.

 

 

САРАТОВ 1999г.

Оглавление.

 

Оглавление..................................................................................................... 1

1.   Введение............................................................................................... 2

2.   Цель задания........................................................................................ 2

3.   ОБЩАЯ ЧАСТЬ.......................................................................................... 2

3.1    Техническое задание......................................................................... 2

3.2    Параметры, выбранные самостоятельно........................................... 2

3.3    Перечень используемых обозначений............................................... 3

4.   Выбор технологии изготовления транзистора...................... 5

4.1    Сплавно-диффузионные транзисторы............................................... 5

4.2    Структура сплавно-диффузионного p-n-p.......................................... 7

5.   ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ................................................................................... 8

5.1    Расчёт толщины базы и концентраций примесей.............................. 8

5.2    Расчет коэффициента передачи тока............................................... 11

5.3    Расчет емкостей и размеров переходов.......................................... 11

5.4    Расчет сопротивлений ЭС и граничных частот............................... 12

5.5    Расчет обратных токов коллектора.................................................. 14

5.6    Расчет параметров предельного режима и определение толщины элементов кристаллической структуры......................................................................... 15

5.7    Расчёт эксплутационных параметров.............................................. 15

6. Выбор корпуса транзистора............................................................. 16

7. Обсуждение результатов................................................................... 18

8. Выводы:..................................................................................................... 18

9.   Список используемой литературы............................................ 20

 

 

Введение

Используемые физические свойства полупроводника известны и используются с конца 19 века. При изобретении радио А.С. Поповым был применен порошковый когерер, в котором использовались нелинейные свойства зернистых структур. В 1923-1924 гг. Лосев О.В. обнаружил наличие отрицательного дифференциального сопротивления и явление люминесценции в точечных контактных сопротивлениях карбида кремния. В 1940 году был изготовлен первый точечный диод. В 1948 году американский физик Дж. Бардии, а также И.Браштейн разработали и изготовили точечно-контактный транзистор, в 1952 г. впервые были созданы промышленные образцы плоскостных транзисторов. В 1956 г. началось производство транзисторов с базой, полученной методом диффузии. В начале 60-х годов была применена планарная технология изготовления транзисторов. В настоящее время рабочие частоты транзисторов достигают 50 ГГц. По уровню рассеиваемой мощности транзисторы делятся на маломощные, средней и большой мощности.

 

Цель задания

 

Задачей выполнения курсового проекта является разработка маломощного биполярного транзистора в диапазоне, средних и высоких частот.

Целью работы над проектом является приобретение навыков решения инженерных задач создания дискретных полупроводниковых приборов, углубление знаний процессов и конструктивно технологических особенностей биполярных маломощных транзисторов.

ОБЩАЯ ЧАСТЬ

Техническое задание.

 

Техническое задание содержит требования к параметрам и условиям эксплуатации практикуемого прибора. В данном случае наиболее существенны следующие параметры:

1. Номинальный ток коллектора                         I_{к ном}=9мА.

2. Номинальное напряжение коллектора           U_{к ном}=13В

3. Верхняя граничная частота                             f_a=90МГц

4. Максимальная рассеивающая мощность       Р_{к мах}=60мВт

5. Максимальное напряжение коллектора         U_{к мах}=18В

6. Максимальный ток коллектора                       I_{к мах}=12мА

7. Максимальная рабочая температура транзистора Т_{к мах}=74°С

8. Коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ     β=65

 

Параметры, выбранные самостоятельно.

 

 

1. Время жизни ННЗ     τ_ср=5мкс

2. Материал кристалла  Ge

3. Тип структуры           p-n-p

4. Ёмкость коллекторного перехода С_к=2пФ

5. Коофициент запаса по частоте F Х₁=1,3

6. Перепад N_б Х₂= 500

7. Отношение концентраций N_ОЭ/ N_б=3

8. Толщина диффузионного слоя h_дс= мкм

9. Скорость поверхностной рекомбинации S_рек= слус

 

Перечень используемых обозначений

 

A_k - площадь коллектора;

А_э - площадь эмитера;

a - градиент концентрации примесей;

 - отношение подвижностей электронов и дырок;

С_з.к зарядная (барьерная) емкость коллекторного перехода;

С_д.э - диффузионная емкость эмитерного перехода;

С_з.э - зарядная (барьерная) емкость эмитерного перехода;

Д_п, Д_р - коэффициенты диффузии электронов и дырок;

Д_нб, Д_об - коэффициенты диффузии не основных и основных носителей в базе;

Д_нэ, Д_оэ - коэффициенты диффузии не основных и основных носителей в эмиттере;

Е — напряженность электрического поля;

De - ширина запрещенной зоны;

¦ - частота;

¦_a - граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с общей базой;

¦_Т » ¦_b - граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с общим эмитером;

¦_max - максимальная частота генерации;

h_kp - толщина кристалла;

h_э, h_k — глубина вплавления в кристалл эмитера и коллектора;

L_n, L_p - средние диффузионные длины электронов и дырок;

L_нб, L_нэ средние диффузионные длины не основных носителей в базе и эмитере;

N_б, N_k, N_э — концентрации примесей в базе, коллекторе и эмитере сплавного транзистора;

N_б(х) - концентрация примеси, формирующей проводимость базы дрейфового транзистора;

N_э(x) - концентрация примеси, формирующей проводимость эмиттера дрейфового транзистора;

n_i - равновесная концентрация электронов в собственном полупроводнике;

n_n, n_p - равновесные концентрации электронов в полупроводниках n - типа и p - типа;

Р - мощность, рассеиваемая в коллекторе;

P_{k max} - предельно допустимая мощность, рассеиваемая в коллекторе;

Р_э - периметр эмитера;

Р_n, Р_p - равновесные концентрации дырок в полупроводниках n -типа и p - типа;

R_б, R_э, R_к - радиусы электродов базы, коллектора, эмитера;

R_m, - тепловое сопротивление;

r_б - эквивалентное сопротивление базы;

r_б^’, r_б^’’ - омическое и диффузное сопротивление базы;

r_э - сопротивление эмитера без учета эффекта Эрле;

r_э^’ - сопротивление эмитера с учетом эффекта Эрле;

S — скорость поверхностной рекомбинации;

Т — абсолютная температура;

Т_к — температура корпуса транзистора;

Т_max - максимально допустимая температура коллекторного перехода;

W - геометрическая толщина базы;

W_g — действующая толщина базы;

U_эб - напряжение эмитер-база;

U_кб - напряжение коллектор-база;

U_kpn - контактная разность потенциалов;

U_проб - напряжение пробоя;

U_прок - напряжение прокола транзистора;

U_к - напряжение коллекторного перехода;

U_{k max} - максимально допустимое напряжение на коллекторе;

I_э — ток эмитера;

I_б — ток базы;

I_ко — обратный ток коллектора при разомкнутом эмиттере;

I_kmax - максимально допустимый ток коллектора;

I_ген - ток термогенерации в области объемного заряда;

I_рек — ток рекомбинации;

a - коэффициент передачи тока в схеме с общей базой;

a_о - низкочастотное значение a;

a^* — коэффициент усиления тока коллекторного перехода за счет не основных носителей заряда;

b — коэффициент передачи тока в схеме с общим эмитером;

g — коэффициент инжекции эмитера;

б_к — толщина коллекторного перехода;

e - относительная диэлектирическая проницаемость;

c_о – коэффициент переноса не основных носителей заряда через область базы;

m_э, m_б – подвижности электронов и дырок;

m_нб, m_об – подвижности не основных и основных носителей заряда в базе;

m_нэ, m_оэ – подвижности не основных и основных носителей заряда в эмитере;

w - круговая частота;

r - удельное сопротивление полупроводника;

r_i - удельное сопротивление собственного полупроводника;

r_э, r_б, r_к - удельные сопротивления эмитера, базы, коллектора;

t_n,_p – среднее время жизни электронов и дырок

tt_np – время пролета не основных носителей заряда через базу;

t_n – среднее время жизни носителей заряда, обусловленное поверхностной рекомбинацией;

s - удельная теплопроводность;