WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 |
Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования СЕВЕРО-ЗАПАДНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЗАОЧНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра технологии и дизайна радиоэлектронной техники ИНТЕГРАЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ Часть 1 МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ Факультет радиоэлектроники Направление и специальность подготовки дипломированного специалиста:

654300 – проектирование и технология электронных средств 200800 – проектирование и технология радиоэлектронных средств Направление подготовки бакалавра 551100 – проектирование и технология электронных средств Санкт-Петербург 2004 Утверждено редакционно-издательским советом университета УДК 621.38:001.18 Интегральные устройства радиоэлектроники. Ч. 1: Методические указания к выполнению лабораторных работ. – СПб.: СЗТУ, 2004.- 22 с.

Методические указания к выполнению лабораторных работ разработаны в соответствии с требованиями государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированного специалиста 654300 - «Проектирование и технология электронных средств» (специальность 200800 «Проектирование и технология радиоэлектронных средств») и направлению подготовки бакалавра 551100 – «Проектирование и технология электронных средств».

Методические указания к лабораторным работам способствуют лучшему усвоению отдельных разделов дисциплины. Описание лабораторных работ включает в себя постановку задачи, раскрывает содержание и методику выполнения каждой работы.

Рассмотрено на заседании кафедры технологии и дизайна радиоэлектронной техники 28.09.2004 г., одобрено методической комиссией факультета радиоэлектроники 14.10.2004 г.

Рецензенты: кафедра технологии и дизайна радиоэлектронной техники СЗТУ (зав. кафедрой В.Н. Воронцов, д-р техн. наук, проф.); В.И. Соколов, д-р физ. - мат. наук, ст. науч. сотр. ФТИ им. А.Ф. Иоффе.

Составители: Е.Е. Абрамов, канд. техн. наук, доц.;

А.И. Адер, канд. техн. наук, доц.;

А.К. Александрова, канд. техн. наук, доц.

© Северо-Западный государственный заочный технический университет, 2004.

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ Данные методические указания содержат описание и порядок выполнения лабораторных работ по дисциплине «Интегральные устройства радиоэлектроники».

Ч.1.

Целью лабораторных работ дисциплины «Интегральные устройства радиоэлектроники». Ч.1 является приобретение навыков измерения и исследования параметров изделий микроэлектроники, сопоставление и анализ экспериментальных и теоретических данных.

Перед выполнением лабораторных работ все студенты получают инструктаж по технике безопасности и расписываются в журнале. В лаборатории принят бригадный метод выполнения работ, причем в каждую группу должно входить не более трех человек. К выполнению лабораторной работы студенты допускаются только после положительной оценки преподавателем их готовности к выполнению данной работы.

О готовности к работе свидетельствуют знание содержания работы и основных теоретических сведений о вопросах, рассматриваемых в работе. В процессе выполнения работы каждый студент должен вести записи, которые затем необходимо оформить в виде отчета. Отчеты должны быть составлены технически грамотно, аккуратно, с соблюдением соответствующих ГОСТов на обозначение величин и элементов схем, с указанием фамилии, инициалов и шифра студента.

Каждый отчет должен заканчиваться самостоятельными выводами, поскольку студент должен творчески подходить к полученным экспериментальным данным, используя свои практические и теоретические знания. Все схемы, включаемые в отчет, должны быть выполнены в соответствии с требованиями ГОСТ 2.730-82, ГОСТ 2.743-82, ГОСТ 2.708-81. Перед зачетом по лабораторным работам студент должен сдать оформленный отчет на проверку преподавателю.

Библиографический список 1. Аваев Н.А., Наумов Ю,Е, Фролкин В.Т. Основы микроэлектроники:

Учеб. пособие. -М.: Радио и связь, 1991.

2. Ефимов И.Е. Козырь И.Я., Горбунов Ю.И. Микроэлектроника:

Физические и технологические основы, надежность: Учеб. пособие. - М.:

Высш. школа, 1986.

3. Ефимов И.Е., Козырь И.Я., Горбунов Ю.И. Микроэлектроника:

Проектирование, виды микросхем, функциональная микроэлектроника: Учеб.

пособие. - М.: Высш. школа, 1987.

4. Пономарев М.Ф., Коноплев Б.К. Конструирование и расчет микросхем и микропроцессоров.- М.: Радио и связь, 1986.

Работа 1. ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ИНТЕГРАЛЬНОГО БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА В МИКРОРЕЖИМЕ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕГО ПАРАМЕТРОВ 1. Цель работы Изучение особенностей работы интегрального биполярного транзистора (БТ) в микрорежиме в микросхеме 101КТ1 и определение его основных параметров.

2. Основные теоретические положения В основе работы биполярных транзисторов лежит инжекция неосновных носителей, которая сопровождается компенсацией их заряда основными носителями.

В обычных транзисторных схемах выходной (управляемой) величиной является либо коллекторный, либо эмиттерный ток, а входной (управляющей) - ток базы либо ток эмиттера. Связь между выходными и входными токами характеризуется коэффициентами усиления.

Iэ Iк Связь между коллекторным и эмиттерным токами можно записать как (1) Iк = Iэ, где - коэффициент усиления эмиттерного тока. У интегральных транзисторов он обычно составляет 0,99... 0,995. Коэффициент усиления базового тока = Iк / Iб (2) или = /(1- ). (3) Типичные значения параметра лежат в пределах 100... 150. Он тем больше, чем ближе коэффициент к единице. С другой стороны, = (4) где - коэффициент инжекции, характеризующий долю полезной электронной составляющей в общем токе эмиттера (для транзистора типа п-p-n); - коэффициент переноса, характеризующий роль инжектированных носителей, избежавших рекомбинации на пути к коллектору.



Коэффициенты и рассчитываются по формулам L L D a Д рэ = 1- ;

L D рэ nб (5) = 1- (W L ) ln(N (h ) N ).

б nб Dэ э Dк (6) В соотношении (5) Lа и - диффузионные длины акцепторов и LД доноров соответственно; Dрэ - коэффициент диффузии дырок в эмиттере;

Lрэ- диффузионная длина дырок в эмиттере; Dnб - коэффициент диффузии электронов в базе.

В формуле (6) Wб – ширина базовой области, равная разности глубин залегания коллекторного (hк) и эмиттерного (hэ) p-n-переходов:

Wб = hэ - hк ;

Lnб – диффузионная длина электронов в базе; NДэ(hэ) – концентрация донорной примеси у эмиттерного перехода; NДк - концентрация донорной примеси у коллекторного перехода. (Обычно hк = 1…3 мкм, hэ = 0,5...2,5 мкм, NДэ(hэ) = 1017…1018 см-3, NДк = 5.1015... 1.1017 см-3).

Диффузионные длины акцепторов и доноров определяются соотношениями NДэ(hэ) La = Wб / ln ;

NДк (7) N (0) Дэ L = h / ln Д э N (h ) Дэ э, (8) где NДэ(0) - концентрация донорной примеси в эмиттерной области на поверхности (обычно NДэ(0) = 2.1020... 1.1021 см-3). (Данные величины меняются в пределах Lпб, Lpэ = 2...50 мкм). Значения коэффициента диффузии дырок в эмиттере, Dpэ составляют 12,0...31,1 см2/с, коэффициента диффузии электронов в базе, Dnб 34...35 см2/с.

Коэффициент инжекции тем ближе к 1, чем меньше ширина базы и чем больше разница между граничными концентрациями примесей в эмиттерных и базовых слоях. Типичными для БТ являются значения = 0,08... 0,997.

Коэффициент переноса тем ближе к 1, чем больше диффузионная длина и чем меньше ширина базы. С увеличением диффузионной длины ухудшаются частотные свойства транзисторов, поэтому одной из основных задач усовершенствования биполярных транзисторов является уменьшение ширины базы.

Важными параметрами БТ являются максимальные обратные напряжения, которые рассчитываются следующим образом:

2qN WбДк Uкэ max = - ок, 3П0La (9) где Uкэ - обратное напряжение на переходе коллектор-эмиттер, В; ок - max контактная разность потенциалов в коллекторном р-n-переходе, В;

= 2 ln(N / n ) ок Т Дк i (10) где Т - температурный потенциал, В; Т = 0,026 В; ni - концентрация носителей в собственном полупроводнике, см-3;

0, 31020 La Uкб max = 60 ;

N Дк (11) 0, 310 L Д U = 60.

эб max N (h )(1/ L +1/ L ) Дэ Э Д a (12) Инерционность БТ при быстрых изменениях входных токов обусловлена временем пролета инжектированных носителей через базу tПр, а также перезарядом барьерных емкостей эмиттерного Сэб и коллекторного Скб переходов:

-1/ 12(оэ + Uэб ) Сэб = Sэ (hэ )(П 0) (1/ LД + 1/ La) q N Дэ ; (13) NAэ(hэ) оэ = 2Т ln, ni (14) где q –заряд электрона; оэ - контактная разность потенциалов в эмиттере, В; Sэ - площадь эмиттера, см2; Sэ=LэZэ; Lэ - ширина полоски металлизации, мкм, Lэ = 6...10 мкм; Za - длина полоски металлизации, мкм, Zэ =10... 15 мкм.

-1/ 12La (ок +Uкб ) Скб = Sб, q N (П 0 ) Дк (15) где Sб - площадь базы, см2; Lб - ширина полоски металлизации, мкм, = 7...мкм; Zб - длина полоски металлизации, мкм, Zб = 12...20 мкм; q - заряд носителей, К, q = 1,6 10-19 Кл;

П - относительная диэлектрическая проницаемость полупроводника (П = 11,7...12); о - постоянная вакуума, о = 8,8510-14 Ф/см.

Время пролета (время рассасывания) заряда неосновных носителей tp, с рассчитывается по формуле L2 Lрк hб 2Lрк nб tp =, 2Dnб (hб Lрк / 2 + Dрк L2 / Dnб) + 3hб nб (16) где Lpк - диффузионная длина дырок в коллекторе, Lрк = 2... 50 мкм.

Предельная частота БТ, fТ, может быть рассчитана как fТ = Dnб /( 2 La Wб ).

(17) Состояние поверхности п-р-переходов часто описывают характеристическим параметром m. Этот параметр очень удобен для оценки качества эмиттерного перехода, а вместе с тем - уровня собственных шумов, стабильности и надежности БТ.

т = 1/ ln(Iб1 / Iб 2 ), (18) где Iб1 - ток базы при токе коллектора, Iк1, мА; Iб2 - ток базы при токе коллектора Iк2, мА.

При отсутствии рекомбинации на поверхности в объеме пространственного заряда m=1. При наличии рекомбинационных процессов m= 1...2. В случае канальной проводимости m<4. При наличии широких каналов m>4. Функциональной характеристикой метода m - параметра для полупроводниковых приборов является вольт-амперная характеристика (ВАХ), крутизна которой в любой точке определяется воздействующими факторами (нагрузкой) и поверхностными дефектами, т. е. информативный параметр m характеризует крутизну функциональной характеристики.

3. Методика выполнения лабораторной работы В работе используется интегральная микросхема переключателя 101КТ1.

Экспериментальный макет для снятия статических характеристик интегрального БТ собран по схеме, приведенной на рис.1. В макете предусмотрены два встроенных источника питания, в каждом из которых для регулировки напряжения есть потенциометры для грубой и точной настройки.

Рис. 1. Схема для снятия статических характеристик БТ 3.1. Порядок выполнения работы а) Потенциометром R2 установить напряжение Uкэ = 5 Вменьше максимально допустимого по ТУ.

б) Потенциометром R1 установить Uбэ= 0,6 В, при этом измерить Iб и Iк.

в) Увеличивая Uбэ через 0,02 В, провести измерение токов Iб и Iк до Iк = 100 мА.





г) Результаты измерений записать в таблицу по форме 1.

Форма Uб.э, В Iк,А Iб,А ln(Iб2/Iб1) m = Iк/Iэ = 1 2 3 4 5 6 д) По полученным данным построить графики зависимостей Iк = f(Uбэ) и Iб = f(Uб.э).

По приведенным выше формулам произвести расчеты:

- коэффициента усиления базового тока, коэффициентов инжекции и переноса, значения максимальных обратных напряжений Uкб, Uэб, величины барьерных емкостей Скб, Сэб, определить время рассасывания заряда неосновных носителей tp и предельную частоту fТ.

Данные записать в таблицу по форме 2.

Форма Uкб, В Uэб, В Скб, Ф Сэб, Ф tр, с fт, Гц 2. Содержание отчета 4.1. Цель и содержание работы.

4.2. Схема измерений.

4.3. Графики Iб = f(Uбэ) и Iк=f(Uбэ).

4.4. Таблицы результатов измерений и расчетов.

4.5. Краткие выводы по работе.

Литература: 3, с.65... 70;, с.65... Работа 2. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И ТОПОЛОГИИ АКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ИМС 1. Цель работы Изучение конструкции, топологии и электрических параметров полупроводниковых интегральных микросхем (ПИМС), изготовленных на основе биполярных транзисторов.

2. Основные теоретические положения ПИМС называется схема, элементы которой выполнены в объеме и на поверхности полупроводникового кристалла. Для конструкции ПИМС широко используются подложки из кремния, поскольку они позволяют изготавливать элементы с высокими электрическими параметрами достаточно простыми технологическими методами. Конструкция ПИМС определяется технологией ее изготовления. В настоящее время подавляющее большинство ПИМС выполняется по планарной технологии. Основу этой технологии составляют процессы окисления кремниевых заготовок, литографические процессы на окисленном слое, процессы эпитаксиального наращивания моно- и поликристаллических пленок кремния, а также локальная диффузия или ионная имплантация легирующих примесей в полупроводниковую подложку.

На рис.2 показана структура эпитаксиально-планарного транзистора ПИМС со скрытым n+ слоем.

Рис.2. Структура эпитаксиально-планарного транзистора ПИМС со скрытым n+ слоем Интегральный биполярный транзистор является важнейшим элементом большинства ПИМС, так как определяет конструкцию, расположение и технологию изготовления остальных элементов. В составе схемы, кроме транзисторов, могут быть диоды, резисторы, конденсаторы. В качестве диодов используются транзисторы в диодном включении, это экономически выгодно и технологически удобно. Резисторы используются двух типов - в эмиттерном и базовом слоях. Как правило, диффузионный резистор создается одновременно с эмиттером или базой транзистора.

Сопротивление квадрата такого резистора составляет величину порядка 200...300 Ом (R=200... 300 Ом). В современных ПИМС наиболее широко используются диффузионные резисторы в виде прямоугольной полоски и в форме гантели с квадратными концами, в которых сформированы выводы резистора. Конструкция выводов резисторов представляет собой две низкоомные квадратные диффузионные области, сильно легированные примесью одного знака с диффузионным резистивным слоем, которые располагаются с обоих его концов.

Выполнение для выводов специальной дополнительной диффузии необходимо, чтобы получить омические невыпрямляющие контакты с коммутационными алюминиевыми проводниками, напыляемыми вакуумным методом на поверхность полупроводникового кристалла.

Величина сопротивления рассматриваемых диффузионных резисторов вычисляется по формуле R = R(l/b + 2K), где R - сопротивление резистора, Ом; R - сопротивление квадрата резистивной области, Ом; l - длина диффузионной резистивной области (для прямоугольного резистора l - расстояние между диффузионными областями выводных контактов, для резисторов в форме гантели l - расстояние между квадратными концами гантели); мм; b - ширина диффузионной резистивной области, определяющей номинал резистора; мм; К - коэффициент, учитывающий дополнительное сопротивление резистора, обусловленное конструкцией выводов (для прямоугольного резистора K = 0,07; для резистора в форме гантели K = 0,65).

Полупроводниковые конденсаторы в полупроводниковых схемах образуются р-n-переходами. Величина емкости такого конденсатора зависит от типа электропроводности полупроводникового материала, площади перехода, характера распределения концентрации примеси, а также от полярности и величины смещения. Эти конденсаторы создаются одновременно с диффузионными областями транзистора.

Другим типом конденсаторов являются диффузионные МОПконденсаторы, обладающие лучшими характеристиками. Они создаются непосредственно на полупроводниковой пластине с использованием в качестве диэлектрика слоя диоксида кремния. Электродами служат диффузионный слой или подложка с малым удельным сопротивлением и тонкая пленка алюминия.

К числу параметров, характеризующих компоновку ПИМС, в первую очередь, относится коэффициент заполнения рабочей поверхности полупроводниковой подложки Ks f l т k r + + + + + nSкП S pi STi S Дi Sкi SПi i=1 i=1 i=1 i=1 i=KS =, (19) S где S - площадь рабочей поверхности подложки, мм2; Spi - площадь i-го диффузионного резистора, мм2; SТi - площадь i-го транзистора, мм2; SДi площадь i-го диода, мм2; SкП - площадь, занимаемая выводной контактной площадкой, предназначенной для присоединения навесного проволочного вывода, мм2, Sкi – площадь, занимаемая i-м конденсатором, мм2; п - число выводных контактных площадок; SПi - площадь i-го проводника, мм2; l, т, k, r, f -соответственно число резисторов, транзисторов, диодов, конденсаторов и проводников.

Pages:     || 2 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.