Последовательность расчета параметров биполярного транзистора.
Исходные данные для расчета. Максимальное напряжение на коллекторном переходе Uкб 1,5 В Максимальный ток эмиттера Іэ 4,5 мА Граничная частота fт 500 МГц. Дальнейший расчет проводится с помощью программы расчета параметров биполярных транзисторов, результаты расчета, представленные ниже, были получены с помощью данной программы.
Расчет выполняется в следующей последовательности. 1. По заданному максимально допустимому напряжению Uкб определяют пробивное напряжение Uкб0 , которое должно быть хотя бы на 20 больше Uкб и учитывает возможные колебания напряжения питания, т.е. Uкб0 1,2 Uкб, в нашем случае Uкб0 1,8 В. Пробивное напряжение Uпр коллекторного перехода выбираем с коэффициентом запаса 3, это учитывает возможность пробоя по поверхности и на закруглениях коллекторного перехода.
В нашем случае Uпр 5,4 В. По графику зависимости Uпр Nдк 1 , где Nдк - концентрация доноров в коллекторе, находят Nдк. В программе расчета значение концентрации находится численными методами. В нашем случае Nдк 51017 см-3. Данное значение слишком велико, т.к при таком значении возможно появление паразитного n-канала, поэтому уменьшим его до 1016 см-3. По графику зависимости подвижности электронов от их концентрации 1 находят подвижность электронов. В нашем случае n 1200 см2 Вс . 2. Определяют характеристическую длину распределения акцепторов Lа и доноров Lд 4.1 где хjк - глубина коллекторного перехода.
В нашем случае La 0,374 мкм Lд 0,0748 мкм. 3. Для расчета ширины ОПЗ области пространственного заряда на коллекторном и эмиттерном переходах предварительно вычисляют контактную разность потенциалов на коллекторном переходе 4.2 где т - тепловой потенциал, равный 0,0258 В при Т 300 К. ni - концентрация собственных носителей заряда в кремнии ni 1010 см-3 . В нашем случае к 0,6771 В. Контактная разность потенциалов на эмиттерном переходе э рассчитывается аналогично к. В нашем случае э 0,1809 В. 4. Рассчитывают ширину ОПЗ, распространяющуюся в сторону базы хкб и в сторону коллектора хкк при максимальном смещении коллекторного перехода Uкб 4.3 4.4 где , 0, н - соответственно диэлектрическая постоянная и относительная диэлектрическая проницаемость полупроводниковой подложки.
В нашем случае хкб 0,387 мкм, хкк 0,6656 мкм. 5. Выбираем ширину технологической базы равной 1 мкм. 6. Определяем концентрацию акцепторов на эмиттерном переходе Na xjэ Nдкexp Wб0 La 4.5 В нашем случае Na xjэ 1,3381017 см-3. 7. В результате высокой степени легирования эмиттера область объемного заряда на эмиттерном переходе в основном будет сосредоточена в базе. Приближенно можно считать, что хэб хэ, где 4.6 В нашем случае хэ 0,08858 мкм. 8. Расчитываем ширину активной базы Wба Wб0 - хэ - хкб 4.7 В нашем случае Wба 0,4944 мкм. Дальнейший расчет транзистора включает вычисление площади эмиттерного перехода, 9. Расчет минимальной площади эмиттерного перехода осуществляется на основе критической плотности тока через эмиттерный переход. 4.8 где const для Si 107 cм с В нашем случае jкр 2811 А см2. 4.9 В нашем случае Sе 160,1 мкм2. 10. Определим емкость коллекторного перехода на основе граничной частоты транзистора.
Из заданной частоты ft, найдем емкость коллекторного перехода Ск 4.10 В нашем случае Ск 0,5 пФ 11. Найдем площадь коллекторного перехода как сумму площадей его донной и боковой частей.
Причем донная часть площади составляет приблизительно 80 от общей его площади. Рассчитаем площадь донной части коллекторного перехода 4.11 где Vk Vkp В нашем случае Sб дон 2734 мкм2. Исходя из полученного значения площади найдем площадь боковой части коллекторного перехода 4.12 в нашем случае Sб.бок 719 мкм2 5.