МОДЕЛИРОВАНИЕ МОЩНОГО БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА

реклама
Ìîäåëèðîâàíèå ìîùíîãî ÁÒ
ÌÍÝèÌÑ-2014
ÓÍÈË ÏÒÌÌèÍ
Ãîñóíèâåðñèòåò-ÓÍÏÊ
ÌÎÄÅËÈÐÎÂÀÍÈÅ ÌÎÙÍÎÃÎ
ÁÈÏÎËßÐÍÎÃÎ ÒÐÀÍÇÈÑÒÎÐÀ
1
Â.Î. ÒÓÐÈÍ , Ì.Â. ÊÈËÜ×ÈÖÊÀß
2
, Ê.À. ÃÅÐÀÑÈÌÎÂ
1 Ãîñóíèâåðñèòåò - ÓÍÏÊ, ã. Îð¼ë
2 ÁÃÒÓ, ã. Áðÿíñê
2
Ìîäåëèðîâàíèå ìîùíîãî ÁÒ
ÌÍÝèÌÑ-2014
ÓÍÈË ÏÒÌÌèÍ
Ãîñóíèâåðñèòåò-ÓÍÏÊ
Ââåäåíèå
Ìîäåëèðîâàëñÿ ìîùíûé áèïîëÿðíûé òðàíçèñòîð, âûïóñêàåìûé ÇÀÎ ¾Ãðóïïà Êðåìíèé ÝË¿, ã.
Áðÿíñê. Íà÷àëüíîå çíà÷åíèå âðåìåíè æèçíè ýëåêòðîíîâ 0,1 ìêñ, íà÷àëüíàÿ ïîñòîÿííàÿ êîíöåíòðàöèÿ ôîñôîðà ïî âñåìó îáúåìó ÿ÷åéêè
8 × 1014
ñì
−3
. Âûõîäíûå õàðàêòåðèñòèêè, ïîëó÷åííûå
ìîäåëèðîâàíèåì äëÿ ýòèõ ïàðàìåòðîâ, ñîâïàäàþò ñ ýêñïåðèìåíòàëüíûìè äàííûìè. Ñòàòè÷åñêèé
êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ ñîñòàâëÿåò 160.  äâóìåðíîì ñå÷åíèè ýëåìåíòàðíîé ÿ÷åéêè ëèíèé òîêà íàõîäÿòñÿ â òåëå êîëëåêòîðà ñ ìàêñèìóì êîíöåíòðàöèè íà ñêðóãëåíèè ýìèòòåðíîãî ïåðåõîäà.  õîäå
ìîäåëèðîâàíèÿ âàðüèðîâàëîñü âðåìÿ æèçíè ýëåêòðîíîâ â äèàïàçîíå 0,1 íñ
÷
1 ìêñ. Âðåìÿ æèçíè
äûðîê èçìåíÿëîñü ïðîïîðöèîíàëüíî. Óìåíüøåíèå âðåìåíè æèçíè ïðåäïîëàãàåòñÿ èç-çà ðàäèàöèîííîãî âîçäåéñòâèÿ. Âàðüèðîâàëàñü ïîñòîÿííàÿ êîíöåíòðàöèÿ ôîñôîðà ïî âñåìó îáúåìó ÿ÷åéêè â
äèàïàçîíå
4 × 1014
−3
ñì
÷ 4 × 1015
ñì
−3
äëÿ ó÷¼òà ýôôåêòà ðàäèàöèîííîãî ëåãèðîâàíèÿ èç-çà
âîçäåéñòâèÿ ïîòîêà íåéòðîíîâ. Ïðè ìîäåëèðîâàíèè çíà÷åíèÿ òîêà áàçû âûáèðàëèñü èç óñëîâèÿ
ïîääåðæàíèÿ ïðèáëèçèòåëüíî îäèíàêîâîãî çíà÷åíèÿ òîêà êîëëåêòîðà äëÿ âñåãî íàáîðà çíà÷åíèé
âðåìåíè æèçíè ýëåêòðîíîâ. Ñ óìåíüøåíèåì âðåìåíè æèçíè íîñèòåëåé íàáëþäàåòñÿ ñìåùåíèå öåíòðà ïëîòíîñòè òîêà â ýìèòòåðå ïî çàêðóãëåíèþ áîêîâîé ñòåíêè èç ãëóáèíû ÿ÷åéêè ê êîíòàêòíîé
ïîâåðõíîñòè ýìèòòåðà. Ïðè ýòîì óâåëè÷èâàåòñÿ ãîðèçîíòàëüíàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ ýìèòòåðíîãî òîêà
ñ ëèíèÿìè òîêà, çàìûêàþùèìèñÿ íà áàçîâîì êîíòàêòå ñ ñîîòâåòñòâóþùèì óìåíüøåíèåì ñòàòè÷åñêîãî êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ òîêà òðàíçèñòîðà. Ðåçóëüòàòû ìîäåëèðîâàíèÿ íàãëÿäíî ïîêàçûâàþò
ìåõàíèçì äåãðàäàöèè ïàðàìåòðîâ ìîùíîãî áèïîëÿðíîãî òðàíçèñòîðà è ìîãóò áûòü ïîëåçíû äëÿ
îïòèìèçàöèè êîíñòðóêöèè ïðèáîðà ñ öåëüþ ïîâûøåíèÿ åãî ðàäèàöèîííîé ñòîéêîñòè.
Ìîäåëèðîâàíèå ìîùíîãî ÁÒ
ß÷åéêà ÁÒ
ÌÍÝèÌÑ-2014
ÓÍÈË ÏÒÌÌèÍ
Ãîñóíèâåðñèòåò-ÓÍÏÊ
Äëÿ ïðîâåäåíèÿ ìîäåëèðîâàíèÿ èñïîëüçîâàëàñü ïîëîâèíêà ýëåìåíòàðíîé ÿ÷åéêè
ìîùíîãî áèïîëÿðíîãî òðàíçèñòîðà, òî åñòü âñå çíà÷åíèÿ òîêîâ, ïîëó÷åííûå ïðè
ìîäåëèðîâàíèè, ñëåäóåò óìíîæàòü íà 780 (ìîùíûé òðàíçèñòîð ñîñòîèò èç 390
ÿ÷ååê). Ïðîôèëè ëåãèðóþùåé ïðèìåñè (áîðà, ôîñôîðà è ñóðüìû) çàäàâàëèñü â
ñëåäóþùèõ ïðèáëèæåíèÿõ: ïðîôèëè ðàñïðåäåëåíèå ñóðüìû (n-n+ -ïåðåõîä êîëëåêòîðà) è áîðà (p-àêòèâíàÿ áàçà è p+-ïàññèâíàÿ áàçà) - ïî çàêîíó Ãàóññà, ïðîôèëü
ðàñïðåäåëåíèÿ ôîñôîðà (ýìèòòåð) - ïî äîïîëíèòåëüíîé ôóíêöèè îøèáîê. Ëåãèðîâàíèå ôîñôîðîì ýïèòàêñèàëüíîé ïëåíêè ìîäåëèðîâàëîñü çàäàíèåì ïîñòîÿííîé
êîíöåíòðàöèè ôîñôîðà ïî âñåìó îáúåìó ÿ÷åéêè. Ýìèòòåð ïðîìîäåëèðîâàí ïðÿìîóãîëüíîé îáëàñòüþ ñ ðàäèóñîì çàêðóãëåíèÿ 1,5 ìêì äëÿ áîëüøåé íàãëÿäíîñòè
ïðèâåäåííûõ íèæå ðåçóëüòàòîâ ìîäåëèðîâàíèÿ.
Ìîäåëèðîâàíèå ìîùíîãî ÁÒ
ÂÀÕ τn = 0, 1 ìêñ
ÌÍÝèÌÑ-2014
ÓÍÈË ÏÒÌÌèÍ
Ãîñóíèâåðñèòåò-ÓÍÏÊ
Ðàññ÷èòàííûå âûõîäíûå õàðàêòåðèñòèêè ïîëîâèíêè ÿ÷åéêè òðàíçèñòîðà äëÿ êîíöåíòðàöèÿ ôîñôîðà ïî âñåìó îáúåìó ÿ÷åéêè 8 × 1014 ñì−3 è âðåìåíè æèçíè
ýëåêòðîíîâ 0,1 ìêñ è äûðîê 0,03 ìêñ.
Ìîäåëèðîâàíèå ìîùíîãî ÁÒ
ÂÀÕ τn = 10 íñ
ÌÍÝèÌÑ-2014
ÓÍÈË ÏÒÌÌèÍ
Ãîñóíèâåðñèòåò-ÓÍÏÊ
Ðàññ÷èòàííûå âûõîäíûå õàðàêòåðèñòèêè ïîëîâèíêè ÿ÷åéêè òðàíçèñòîðà äëÿ êîíöåíòðàöèÿ ôîñôîðà ïî âñåìó îáúåìó ÿ÷åéêè 8 × 1014 ñì−3 è âðåìåíè æèçíè
ýëåêòðîíîâ 10 íñ è äûðîê 3 íñ.
Ìîäåëèðîâàíèå ìîùíîãî ÁÒ
ÂÀÕ τn = 1 íñ
ÌÍÝèÌÑ-2014
ÓÍÈË ÏÒÌÌèÍ
Ãîñóíèâåðñèòåò-ÓÍÏÊ
Ðàññ÷èòàííûå âûõîäíûå õàðàêòåðèñòèêè ïîëîâèíêè ÿ÷åéêè òðàíçèñòîðà äëÿ êîíöåíòðàöèÿ ôîñôîðà ïî âñåìó îáúåìó ÿ÷åéêè 8 × 1014 ñì−3 è âðåìåíè æèçíè
ýëåêòðîíîâ 1 íñ è äûðîê 0,3 íñ.
Ìîäåëèðîâàíèå ìîùíîãî ÁÒ
ÌÍÝèÌÑ-2014
ÓÍÈË ÏÒÌÌèÍ
Ãîñóíèâåðñèòåò-ÓÍÏÊ
Îáñóæäåíèå âèäà ÂÀÕ
Âûõîäíûå õàðàêòåðèñòèêè äî îáëó÷åíèÿ, ïðåäñòàâëåííûå íà ðèñ. 2, èäåàëüíî ñîâïàäàþò ñ ýêñïåðèìåíòàëüíûìè äàííûìè. Ñòàòè÷åñêèé êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ ñîñòàâëÿåò 160; íà õàðàêòåðèñòèêå âèäåí òîê Êèðêà (ñïåöèôè÷åñêèé íàêëîí ÂÀÕ
ïðè UCE = 0 ÷ 2 Â), ïðîñìàòðèâàåòñÿ ýôôåêò Ýðëè ñ õàðàêòåðíûì íàïðÿæåíèåì
-(50 ÷ 70) Â. Íà õàðàêòåðèñòèêàõ ðèñ. 3 è 4 íàáëþäàåòñÿ ïàäåíèå ñòàòè÷åñêîãî
êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ äî 50 è 10, ñîîòâåòñâåííî, ÷òî ñîîòâåòñâóåò èçâåñòíûì
ýêñïåðèìåíòèàëüíûì äàííûì äëÿ ÁÒ ïîñëå âîçäåéñòâèÿ ïîòîêà íåéòðîíîâ ñ ðàñòóùåé äîçîé îáëó÷åíèÿ.
Ìîäåëèðîâàíèå ìîùíîãî ÁÒ
ÌÍÝèÌÑ-2014
ÓÍÈË ÏÒÌÌèÍ
Ãîñóíèâåðñèòåò-ÓÍÏÊ
Ðàñïðåäåëåíèå ïëîòíîñòè òîêà τn = 0, 1 ìêñ
Ðèñ. 5 :
Ðàñïðåäåëåíèå ïëîòíîñòè òîêà c ëèíèÿìè òîêà è ðàñïðåäåëåíèå ïîòåíöèàëà äëÿ
ïîëîâèíêè ýëåìåíòàðíîé ÿ÷åéêè ìîùíîãî áèïîëÿðíîãî òðàíçèñòîðà ïðè
UCE = 10
Â,
IB = 50
ìêÀ.
Ìîäåëèðîâàíèå ìîùíîãî ÁÒ
ÌÍÝèÌÑ-2014
ÓÍÈË ÏÒÌÌèÍ
Ãîñóíèâåðñèòåò-ÓÍÏÊ
Ðàñïðåäåëåíèå ïëîòíîñòè òîêà τn = 10 íñ
Ðèñ. 6 :
Ðàñïðåäåëåíèå ïëîòíîñòè òîêà c ëèíèÿìè òîêà è ðàñïðåäåëåíèå ïîòåíöèàëà äëÿ
ïîëîâèíêè ýëåìåíòàðíîé ÿ÷åéêè ìîùíîãî áèïîëÿðíîãî òðàíçèñòîðà ïðè
UCE = 10
Â,
IB = 50
ìêÀ.
Ìîäåëèðîâàíèå ìîùíîãî ÁÒ
ÌÍÝèÌÑ-2014
ÓÍÈË ÏÒÌÌèÍ
Ãîñóíèâåðñèòåò-ÓÍÏÊ
Ðàñïðåäåëåíèå ïëîòíîñòè òîêà τn = 1 íñ
Ðèñ. 7 :
Ðàñïðåäåëåíèå ïëîòíîñòè òîêà c ëèíèÿìè òîêà è ðàñïðåäåëåíèå ïîòåíöèàëà äëÿ
ïîëîâèíêè ýëåìåíòàðíîé ÿ÷åéêè ìîùíîãî áèïîëÿðíîãî òðàíçèñòîðà ïðè
UCE = 10
Â,
IB = 50
ìêÀ.
Ìîäåëèðîâàíèå ìîùíîãî ÁÒ
ÌÍÝèÌÑ-2014
ÓÍÈË ÏÒÌÌèÍ
Ãîñóíèâåðñèòåò-ÓÍÏÊ
Îáñóæäåíèå âèäà ðàñïðåäåëåíèÿ òîêà è ïîòåíöèàëà
Âèäíî, êàê, ïî ìåðå óìåíüøåíèÿ âðåìåíè æèçíè, óâåëè÷èâàåòñÿ ãîðèçîíòàëüíàÿ
ñîñòàâëÿþùàÿ ýìèòòåðíîãî òîêà, çàìûêàþùàÿñÿ íà âûâîä áàçû. Ñîîòâåòñòâåííî
óìåíüøàåòñÿ ñîñòàâëÿþùàÿ êîëëåêòîðíîãî òîêà ñ ñîîòâåòñòâóþùèì óìåíüøåíèåì êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ òîêà òðàíçèñòîðà. Ïðîâåäåííîå ìîäåëèðîâàíèå äàåò
õîðîøóþ êà÷åñòâåííóþ êàðòèíó èçìåíåíèÿ ðàñïðåäåëåíèÿ òîêîâ â ñòðóêòóðå ïðè
óìåíüøåíèè âðåìåíè æèçíè íîñèòåëåé. Íà ðèñ. 5 ìàêñèìóì ïëîòíîñòè òîêà ýìèòòåðà íàõîäèòñÿ íà óãëå ýìèòòåðíîãî ïåðåõîäà â ãëóáèíå ñòðóêòóðû. Ïî ìåðå óìåíüøåíèÿ âðåìåíè æèçíè ýòîò ìàêñèìóì ñìåùàåòñÿ ïî áîêîâîé ñòåíêå ýìèòòåðíîãî
ïåðåõîäà ê ïîâåðõíîñòè, óõîäÿ èç îáëàñòè, ãäå ðàñïîëîæåíà ñîáñòâåííî òðàíçèñòîðíàÿ ñòðóêòóðà. Ðàñïðåäåëåíèå ïîòåíöèàëîâ â ñòðóêòóðå ïîêàçûâàåò ïðîöåññ
îáðàçîâàíèÿ ¾ïîòåíöèàëüíîé ÿìû¿ íà äíå ýìèòòåðíîãî ïåðåõîäà.
Ìîäåëèðîâàíèå ìîùíîãî ÁÒ
ÌÍÝèÌÑ-2014
ÓÍÈË ÏÒÌÌèÍ
Ãîñóíèâåðñèòåò-ÓÍÏÊ
Âûâîäû
Ðåçóëüòàòû ìîäåëèðîâàíèÿ ïîêàçàëè, ÷òî ãëàâíîé ïðè÷èíîé äåãðàäàöèè ïàðàìåòðîâ ìîùíûõ áèïîëÿðíûõ òðàíçèñòîðîâ, èç-çà îáëó÷åíèÿ íåéòðîíàìè, ÿâëÿåòñÿ èçìåíåíèå ëèíèé ïðîòåêàíèÿ ýìèòòåðíîãî òîêà âñëåäñòâèå óìåíüøåíèÿ âðåìåíè æèçíè íîñèòåëåé òàêèì îáðàçîì, ÷òî îñíîâíàÿ ÷àñòü ýòîãî òîêà íà÷èíàåò çàìûêàòüñÿ
íà áàçîâîì êîíòàêòå, ìèíóÿ òðàíçèñòîðíóþ ñòðóêòóðó. Ïîëó÷åííûå â ðåçóëüòàòå
ïðîâåäåííîãî ìîäåëèðîâàíèÿ äàííûå õîðîøî ñîâïàäàþò ñ ýêñïåðèìåíòàëüíûìè
äàííûìè è íàãëÿäíî ïîêàçûâàþò ìåõàíèçì äåãðàäàöèè ïàðàìåòðîâ ìîùíîãî áèïîëÿðíîãî òðàíçèñòîðà.
Ðàáîòà áûëà ïîääåðæàíà âíóòðåííèì ãðàíòîì Ãîñóíèâåðñèòåòà-ÓÍÏÊ ¾Ïðèáîðíîòåõíîëîãè÷åñêîå ìîäåëèðîâàíèå ìîùíûõ êðåìíèåâûõ áèïîëÿðíûõ òðàíçèñòîðîâ ñ
ó÷¼òîì ýôôåêòîâ äåãðàäàöèè¿ è ãðàíòîì ÐÔÔÈ 12-02-97534 ¾Ìîäåëè è ìîäåëèðîâàíèå ñîâðåìåííûõ è ïåðñïåêòèâíûõ ïîëåâûõ òðàíçèñòîðîâ¿.
Àâòîðû âûðàæàþò áëàãîäàðíîñòü Áðþõíî Í.À, Ïîÿðêîâó Â.Í. è Êøåíñêîìó Î.Í.
çà îáñóæäåíèå ðåçóëüòàòîâ ðàáîòû è Ñîòíèêîâó Â.Í. çà ïîìîùü â ïðîâåäåíèè
ðàñ÷¼òîâ.
Скачать