Проэктирование интегральной микросхемы

1. Задание на курсовой проект

Спроектировать интегральную микросхему, изображённую на рис 1.

Рис. 1.Праметрический стабилизатор

Стабилизатор напряжения — преобразователь электрической энергии, позволяющий получить на выходе напряжение, находящееся в заданных пределах при значительно больших колебаниях входного напряжения и сопротивления нагрузки.

По типу выходного напряжения стабилизаторы делятся на стабилизаторы постоянного тока и переменного тока. Как правило, тип питания (постоянный либо переменный ток) такой же, как и выходное напряжение, хотя возможны исключения.

В зависимости от расположения элемента с изменяемым сопротивлением линейные стабилизаторы делятся на два типа:

1. Последовательный: регулирующий элемент включен последовательно с нагрузкой.

2. Параллельный: регулирующий элемент включен параллельно нагрузке.

3. В зависимости от способа стабилизации:

4. Параметрический: в таком стабилизаторе используется участок ВАХ прибора, имеющий большую крутизну.

5. Компенсационный: имеет обратную связь. В нём напряжение на выходе стабилизатора сравнивается с эталонным, из разницы между ними формируется управляющий сигнал для регулирующего элемента.[2]

2. Конструктивно-технологическое исполнение схемы

Микросхема состоит из полевого и биполярного транзисторов, навесного резистора, навесного стабилитрона и кремниевой подложки n-типа.

Формирование элементов проводим по планарной технологии.

На рис. 2. показана структура биполярного p-n-p транзистора. Выводы Э, Б, К - от эмиттера, базы и коллектора транзистора соответственно.

На рис. 3. Показана структура полевого p-n-p транзистора

Рис 2. Структура биполярного транзистора

Рис. 3. Структура полевого транзистора

После разрезания слитка монокристаллического кремния на пластины, их шлифуют, химически очищают и формируют пленку окисла кремния. Далее используя операции фотолитографии, эпитаксии, ионного легирования формируется коллекторная, базовая и эмиттерная области соответственно. Резисторы формируются одновременно с базовой областью. После этого напыляются алюминиевые контакты. Далее схема проходит проверку на работоспособность.

3. Расчет интегрального транзистора

1. Определяем максимальное пробивное напряжение U_kbo из неравенства.

(В), (1)

где U_kbmax = 20 (В) - максимальное напряжение на коллекторном переходе.

2. По графику зависимости U_kbпр (N_ak) определяем концентрацию акцепторов в эпитаксиальном слое N_ak .

(см^-3).

3. Определяем подвижность электронов из графика зависимости подвижности от концентрации μ(N_ak).

(см²/В·с).

4. Определяем длину диффузионного смещения доноров в базе.

(мкм). (2)

5. Вычисляем диффузионный потенциал U₀.

(В). (3)

6. Рассчитаем контактную разность потенциалов ϕ_к на коллекторном переходе.

(В), (4)

где k - постоянная Больцмана; e - заряд электрона;

; (см^-3).

7. Выбираем величину диффузионного смещения акцепторов в эмиттерном кармане.

. (5)

8. Расcчитываем ширину области объемного заряда, распространяющуюся в сторону коллектора ΔX_kk и в сторону базы ΔX_kb при максимальном напряжении на коллекторном переходе U_kbmax.

(мкм). (6)

(мкм). (7)

9. Ширина высокоомного коллектора X_kk должна быть больше или равной ширине слоя объемного заряда ΔX_kk. Используем оксидную изоляцию X_сс=0.3 мкм. Определяем толщину эпитаксиального слоя.

(мкм). (8)

10. Учитывая, что в приближении малой инжекции β=L_a×X_i/L_d×W_ba вычисляем время жизни неосновных дырок в базе вблизи эмиттерного перехода.

. (9)

. (10)

11. Оцениваем технологическую ширину базы по соотношению.

(мкм). (11)

12. Определяем концентрацию акцепторов на эмиттерном переходе.

(см^-3). (12)

13. Так как область эмиттера сильно легирована, то можно считать, что область объемного заряда буде в основном сосредоточена в базе.

(мкм). (13)

. (14)

14. Уточняем технологическую ширину базы.

(мкм). (15)

15. Определяем ширину активной базы.

(16)

(мкм). (17)

(18)

16. Проверяем величину β. Для этого вычислить коэффициент D дырок в базе вблизи эмиттерного перехода.

(19)

(20)