4. Рассчет характеристик мдп-транзистора

Исходные параметры:

q=1,6×10^-19 Кл – заряд электрона.

N_A=1×10¹⁵ см^-3 – концентрация легирующей примеси.

b_k=2 мкм – ширина канала.

h_i=0,5 мкм – глубина p-n⁺- переходов.

C_ox=4×10^-8 Ф/см² – удельная емкость подзатворного диэлектрика.

l_k=2 мкм – длина канала.

U`_пор=0,8 В.

С_ЗК=4,8×10^-8 Ф/см² - удельная ёмкость затвор-канал.

μ_nS=750 см²×В^-1×с^-1 – поверхностная подвижность электронов.

U_З=3 В – напряжение на затворе.

U_C=0,3 В – напряжение на стоке.

1. Вычислим изменение порогового напряжения МДП-транзистора:

. (1)

Определяем величину порогового напряжения для короткоканального МДП-транзистора по соотношению:

, (2)

(В).

2. Рассчитываем ток стока для линейной зависимости тока стока от напряжения на стоке по соотношению:

, (3)

(мкА).

3. Вычислим величину тока стока для полого участка ВАХ:

(4)

(А).

4. Определяем следующие параметры транзистора:

Крутизна стокозатворной характеристики:

, (5)

S (1/Ом).

Внутреннее сопротивление:

(6)

(Ом).

Коэффициент усиления по напряжению:

, (7)

.

Граничная частота МДП-транзистора:

, (8)

(Гц).

Выполним этот же расчёт, только для других данных:

b_k=1 мкм – ширина канала;

h_i=0,2 мкм – глубина p-n⁺- переходов;

l_k=1 мкм – длина канала;

U_З=2 В – напряжения на затворе;

U_C=0,1 В – напряжение на стоке.

При этих данных получает другие характеристики МДП-транзистора:

0,615 (В).

(мкА).

(А).

(1/Ом).

(Ом).

.

(Гц).

Для изготовления микросхемы воспользуемся первыми данными.

5. Разработка технических требований

1. Наименование изделия:

Полупроводниковая интегральная микросхема «Параметрический стабилизатор».

2. Назначение:

Используется стабилизации напряжения в слаботочных схемах, либо как источник опорного напряжения в более сложных схемах стабилизаторов.

3. Максимальный ток коллектора: 4 мА.

4. Максимальный ток базы: 0.4 мА.

5. Максимальный ток эмиттера: 4.5 мА.

6. Входное напряжение: 2 В.

7. Выходное напряжение: 2.5 В.

9. Габаритные размеры: 10×10×3 мм.

6. Разработка топологии интегральной микросхемы

Топология интегральной микросхемы – зафиксированное на кристалле пространственно-геометрическое расположение совокупности элементов интегральной микросхемы и связей между ними.

На рис. 3. представлены биполярный и полевой транзисторы, все элементы соединены алюминиевыми выводами.

Рис. 4. Топология микросхемы

7. Технологический маршрут изготовления интегральной микросхемы

1. Формирование пластины кремния КЭС-4,5 с ориентацией(111).

Диаметр пластины - 100 мм, толщина - 200 мкм. Предварительно слитки монокристаллов разрезаю на специальном станке проволочной резки. После этого пластину шлифуют для получения 14-го класса чистоты поверхности.

2. Кистевая мойка (0,05 % раствор синтанола).

3. Химическая очистка (состав растворителя H₂SO₄+H₂O₂+NH₄OH).

4. Термическое окисление оксидом кремния SiO₂.

5. Кистевая мойка с инфракрасной сушкой.

6. Нанесение фоторезиста методом фотолитографии и инфракрасная сушка.

Наносится сплошная пленка материала элемента, формируется поверх нее фоторезистивная контактная маска. Далее стравливается через окна в фоторезисте лишние участки пленки. Контактная маска воспроизводит рисунок шаблона. Экспонированный фоторезист удаляется и пленка резистивного материала стравливается на участках, не защищенных фоторезистом.

7. Проявление фоторезиста и сушка.

8. Плазмо-химическое травление (30-60 с).

9. Задубливание фоторезиста.

10. 100%-й контроль чистоты поверхности.

11. 100%-й контроль травления.

12. Химическая очистка(КАРО+H₂O₂+NH₄OH).

13. Эпитаксиальное наращивание кремния p-типа (формирование коллекторной области).

Молекулярно-лучевое эпитаксиальное наращивание на подложке полупроводниковых веществ заключается в осаждении испаренных компонентов на нагреваемую монокристаллическую подожку с одновременным взаимодействием между ними.

14. Окисление.

15. Операция фотолитографии.

16. Вскрытие окон под разделительную диффузию.

Эта диффузия n-типа (фосфор), проводится в две стадии: вначале через поверхность эпитаксиального слоя кремния в тех местах, где вскрыты окна в окисле, вводится определенное количество атомов фосфора, образуя высоко легированный n+ слой, который на второй стадии диффузии при высоких температурах в окислительной среде разгоняется до толщины, превышающей толщину эпитаксиального слоя.

17. Формирование резистора R1 и R2 ионным легирование фосфора.

Ионное легирование - способ введения атомов примеси в поверхностный слой пластины путем бомбардировки ее поверхности ионов с высокой энергией (10-2000 КэВ).

18. Кистевая мойка.

19. Формирование окисла.

20. Операция фотолитографии для вскрытия окон, чтобы ввести примесь бора для формирования сильно легированного эмиттерного кармана.

21. 100%-й контроль травления.

22. Формирование алюминиевых контактов.

23. Контроль чистоты алюминия.

24. 100%-й контроль чистоты.

25. Формирование защитного слоя диэлектрика.

26. Кистевая мойка в воде и сушка.

27. Освежение пластины в буферном растворе в течении 10 с.

28. Контроль результатов легирования на тестовых структурах.

29. 100%-й контроль чистоты.

30. Подпаивание навесных стабилитронов.

31. Контроль функционирования.