NPN型雙極晶體管(半導體器件課程設(shè)計)

1、下載可編輯微電子器件課程設(shè)計報告題目：NPN 型雙極晶體管班級：微電 0802 班學號：080803206姓名：李子忠指導老師 ：劉劍霜2011 年6月6日.專業(yè) .整理 .下載可編輯一、目標結(jié)構(gòu)NPN 型雙極晶體管二、目標參數(shù)最終從 IV 曲線中提取出包括fT 和 Gain 在內(nèi)的設(shè)計參數(shù) .三、在該例中將使用 :（ 1）多晶硅發(fā)射雙極器件的工藝模擬 ；（ 2）在 DEVEDIT中對結(jié)構(gòu)網(wǎng)格重新劃分 ；（ 3）提取 fT 和 peak gain.ATLAS 中的解過程 :1. 設(shè)置集電極偏壓為 2V.2. 用 log 語句用來定義 Gummel plot 數(shù)據(jù)集文件 .3.用 extract

2、 語句提取 BJT的最大增益 "maxgain" 以及最大 ft,"maxft". Gummel plot: 晶體管的集電極電流 Ic、基極電流 Ib 與基極 - 發(fā)射極電壓 Vbe 關(guān)系圖 (以半對數(shù)坐標的形式 ).四、制造工藝設(shè)計4.1.首先在 ATHENA 中定義的硅區(qū)域作為基底 ，摻雜為均勻的砷雜質(zhì)，濃度為2.0e16/cm 3,然后在基底上注入能量為18ev ，濃度為 4.5e15/cm 3 的摻雜雜質(zhì)硼 ，退火，淀積一層厚度為 0.3um 的多晶硅 ，淀積過后 ，馬上進行多晶硅摻雜 ，摻雜為能量50ev ，濃度 7.5e15/cm 3 的砷雜

3、質(zhì) ，接著進行多晶硅柵的刻蝕（刻蝕位置在 0.2um 處）此時形成 N + 型雜質(zhì)（發(fā)射區(qū)）?？涛g后進行多晶氧化 ，由于氧化是在一個圖形化 （即非平面 ）以及沒有損傷的多.專業(yè) .整理 .下載可編輯晶上進行的 ，所以使用的模型將會是fermi 以及 compress ，進行氧化工藝步驟時分別在干氧和氮的氣氛下進行退火，接著進行離子注入，注入能量 18ev ，濃度 2.5e13/cm 3 的雜質(zhì)硼 ，隨后進行側(cè)墻氧化層淀積并進行刻蝕 ，再一次注入硼 ，能量 30ev，濃度 1.0e15/cm 3，形成 P+ 雜質(zhì)（基區(qū)）并作一次鏡像處理即可形成完整NPN 結(jié)構(gòu) ,最后淀積鋁電極 。4.2.三次注

4、入硼的目的 ：第一次硼注入形成本征基區(qū) ;第二次硼注入自對準 (self-aligned) 于多晶 硅 發(fā) 射 區(qū) 以 形 成 一 個 連 接 本 征 基 區(qū) 和 p+ 基 極 接 觸 的 connection. 多晶發(fā)射極旁的側(cè)墻 (spacer-like) 結(jié)構(gòu)用來隔開 p+ 基極接觸和提供自對準.在模擬過程中 ,relax 語句是用來減小結(jié)構(gòu)深處的網(wǎng)格密度 ,從而只需模擬器件的一半；第三次硼注入,形成p+ 基區(qū)。4.3.遇到的問題經(jīng)常遇到這樣一種情況:一個網(wǎng)格可用于工藝模擬,但如果用于器件模擬效果卻不甚理想 .在這種情況下 ,可以用網(wǎng)格產(chǎn)生工具DEVEDIT用來重建網(wǎng)格 ,從而以實現(xiàn)整個

5、半導體區(qū)域內(nèi)無鈍角三角形.五、原胞版圖和工藝仿真結(jié)果：用工藝軟件 ATHENA 制作的 NPN 基本結(jié)構(gòu) ：.專業(yè) .整理 .下載可編輯用 Cutline 工具截取 Boron 的濃度分布圖如下 ：.專業(yè) .整理 .下載可編輯用 Cutline 工具截取 Arsenic 的濃度分布圖如下 ：.專業(yè) .整理 .下載可編輯用 Cutline 工具截取凈摻雜的濃度分布圖如下：最后結(jié)果如圖 . 可以看出 :發(fā)射極、基極、集電極的凈摻雜濃度分別為 10 的 19、17(接觸處為19)、16 次方量級 .專業(yè) .整理 .下載可編輯參數(shù)提取 ：結(jié)深及方塊電阻的提取圖：運行結(jié)果 ：結(jié)深：bc-nxj=0.10

6、218um,be-nxj=0.406303um方塊電阻：b-sheet=121.458ohm/square,e-sheet=103.565ohm/square.專業(yè) .整理 .下載可編輯電流方法倍數(shù)即電流增益和ft 的提取圖 ：.專業(yè) .整理 .下載可編輯運行結(jié)果 ：peak collector current=0.000397951 Apeak gain=83.1365，max fT=7.69477e+09特征頻率 :使集電極電流與基極電流之比下降到 1 的信號頻率 ,也就是無法將輸入信號放大時的頻率 .因此也稱截至頻率 .六、實驗心得體會近一周的微電子器件課程設(shè)計結(jié)束了，通過本次設(shè)計 ，我

7、們學會了用 silvaco 進行器件仿真 ，并且懂得了 NPN 基本結(jié)構(gòu)的工藝流程以及如何提取器件參數(shù) ，培養(yǎng)了我們獨立分析問題和解決問題的能力 ，.專業(yè) .整理 .下載可編輯懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設(shè)計的過程中遇到問題 ，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固 ，希望自己在今后的學習中不斷加強理論和實踐相結(jié)合 ，提高自己各方面能力。在此感謝老

8、師的耐心指導和隊友的默契合作 。附錄：模擬程序 ：工藝模擬 ：go athena#TITLE: Polysilicon Emitter Bipolar Example - Ssuprem4->Devedit->Spisces2# If you do not have Devedit: Please comment these lines out.line x loc=0.0spacing=0.03line x loc=0.2spacing=0.02line x loc=0.24spacing=0.015line x loc=0.3spacing=0.015line x loc=0.

9、8spacing=0.15#line y loc=0.0spacing=0.01line y loc=0.07spacing=0.01.專業(yè) .整理 .下載可編輯line y loc=0.1spacing=0.01line y loc=0.12spacing=0.01line y loc=0.3spacing=0.02line y loc=0.5spacing=0.06line y loc=1.0spacing=0.35#init c.arsenic=2e16#implantboronenergy=18 dose=2.5e13diffuse time=60 temp=920# deposit

10、polysilicondeposit poly thick=0.3 divisions=6 min.space=0.05# Implant to dope polysiliconimplant arsenic dose=7.5e15 energy=50# Pattern the polyetch poly right p1.x=0.2relax y.min=.2 x.min=0.2relax y.min=.2 x.min=0.2method compress fermidiffuse time=25temp=920 dryo2diffuse time=50temp=900 nitrogenim

11、plant boron dose=2.5e13 energy=18.專業(yè) .整理 .下載可編輯# deposit spacerdeposit oxide thick=0.4 divisions=10min.space=0.1# etch the spacer backetch oxide dry thick=0.5implant boron dose=1e15 energy=30diffuse time=60 temp=900nitrogen# put down Al and etch to form contacts deposit alum thick=0.05 div=2etch alu

12、min start x=0.15 y=-10etch continuex=0.15 y=10etch continuex=0.6 y=10etch donex=0.6 y=-10structure reflect leftstretch stretch.val=0.1 x.val=0.0# Name the electrodes for use with ATLAS.base and base1 will be slaved #during device simulation with the 'CONTACT' statement.electrode x=0.0name=em

13、itterelectrode x=-0.7name=baseelectrode backside name=collectorelectrode x=0.7name=base1# Save the final structure structure outfile=bjtex03_0.str.專業(yè) .整理 .下載可編輯# Completely remesh the structure without obtuse triangles in the semiconductor# Use the Sensitivity & Minspacing parameters to adjust t

14、he mesh density.# . the smaller the Sensitivity, the denser the mesh.go deveditbase.mesh height=0.25 width=0.25bound.cond apply=false max.ratio=300constr.mesh max.angle=90 max.ratio=300 max.height=1 max.width=1 min.height=0.0001 min.width=0.0001constr.mesh type=Semiconductor defaultconstr.mesh type=

15、Insulator default max.angle=170constr.mesh type=Metal default max.angle=180# Define the minimum mesh spacing globally.imp.refine min.spacing=0.025# Select a list of solution (impurity) gradients to refine upon.imp.refine imp="Arsenic" sensitivity=0.5 imp.refine imp="Boron" sensit

16、ivity=0.5# now mesh the structure.mesh#struct outfile=bjtex03_1.strtonyplotbjtex03_1.str -set bjtex03_1.set.專業(yè) .整理 .下載可編輯# Gummel Plot Test #器件模擬go atlas# set material models etc. material taun0=5e-6 taup0=5e-6 contact name=emitter n.poly surf.rec contact name=base common=base1 shortmodels bipolar p

17、rint# initial solution solve init# change to two carriers method newton autonr trapsolve prev# set the collector bias solve vcollector=2 local# start ramping the base solve vbase=0.1# Ramp the base to 0.9 volts.log outf=bjtex03_2.log mastersolve vbase=0.2 vstep=0.05 vfinal=0.9 name=base ac freq=1e6

18、aname=base# Now dump a structure file, for tonyplotting. but first decide what.專業(yè) .整理 .下載可編輯# you want in it, on top of the default quantities.output e.field flowlines jx.el jx.ho jy.el jy.ho save outf=bjtex03_3.str# Now extract some design parameters.extract name="peak collector current" max(curve(abs(v."base"),abs(i."colle