NPN型双极晶体管半导体器件课程设计.docx

1、NPN型双极晶体管半导体器件课程设计微电子器件课程设计报告题 目： NPN型双极晶体管 班 级： 微电0802班 学 号： 080803206 姓 名： 子忠 指导教师： 剑霜 2021 年6月6日一、目标构造NPN 型双极晶体管二、目标参数最终从IV曲线中提取出包括fT和 Gain在的设计参数. 三、在该例中将使用: 1多晶硅发射双极器件的工艺模拟； 2在DEVEDIT中对构造网格重新划分； 3提取fT和peak gain.ATLAS中的解过程: 1. 设置集电极偏压为2V. 2. 用 log语句用来定义Gummel plot数据集文件. 3.用 extract语句提取BJT的最大增益max

2、gain以及最大 ft,maxft. Gummel plot:晶体管的集电极电流Ic、基极电流 Ib与基极-发射极电压 Vbe关系图(以半对数坐标的形式).四、制造工艺设计 4.1.首先在ATHENA中定义0.8um*1.0um的硅区域作为基底，掺杂为均匀的砷杂质，浓度为2.0e16/cm3,然后在基底上注入能量为18ev，浓度为4.5e15/cm3的掺杂杂质硼，退火，淀积一层厚度为0.3um的多晶硅，淀积过后，马上进展多晶硅掺杂，掺杂为能量50ev，浓度7.5e15/cm3的砷杂质，接着进展多晶硅栅的刻蚀刻蚀位置在0.2um处此时形成N+型杂质发射区。刻蚀后进展多晶氧化，由于氧化是在一个图形

3、化即非平面以及没有损伤的多晶上进展的，所以使用的模型将会是fermi以及press，进展氧化工艺步骤时分别在干氧和氮的气氛下进展退火，接着进展离子注入，注入能量18ev，浓度2.5e13/cm3的杂质硼，随后进展侧墙氧化层淀积并进展刻蚀，再一次注入硼，能量30ev，浓度1.0e15/cm3，形成P+杂质基区并作一次镜像处理即可形成完整NPN构造,最后淀积铝电极。4.2.三次注入硼的目的：第一次硼注入形本钱征基区;第二次硼注入自对准(self-aligned)于多晶硅发射区以形成一个连接本征基区和 p+ 基极接触的 connection.多晶发射极旁的侧墙(spacer-like)构造用来隔开

4、p+ 基极接触和提供自对准.在模拟过程中,relax 语句是用来减小构造深处的网格密度,从而只需模拟器件的一半；第三次硼注入,形成p+基区。4.3.遇到的问题 经常遇到这样一种情况:一个网格可用于工艺模拟,但如果用于器件模拟效果却不甚理想.在这种情况下,可以用网格产生工具DEVEDIT用来重建网格,从而以实现整个半导体区域无钝角三角形. 五、原胞幅员和工艺仿真结果：用工艺软件ATHENA制作的NPN根本构造：用Cutline工具截取Boron的浓度分布图如下：用Cutline工具截取Arsenic的浓度分布图如下：用Cutline工具截取净掺杂的浓度分布图如下：最后结果如图. 可以看出:发射极

5、、基极、集电极的净掺杂浓度分别为 10 的 19、17(接触处为 19)、16次方量级.参数提取：结深及方块电阻的提取图：运行结果：结深：bc-nxj=0.10218um,be-nxj=0.406303um方块电阻：b-sheet=121.458ohm/square,e-sheet=103.565ohm/square电流方法倍数即电流增益和ft的提取图：运行结果：peak collector current=0.000397951 A peak gain=83.1365 ，max fT=7.69477e+09 特征频率:使集电极电流与基极电流之比下降到 1 的信号频率,也就是无法将输入信号放大

6、时的频率.因此也称截至频率. 六、实验心得体会近一周的微电子器件课程设计完毕了，通过本次设计，我们学会了用silvaco进展器件仿真，并且懂得了NPN根本构造的工艺流程以及如何提取器件参数，培养了我们独立分析问题和解决问题的能力，懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的缺乏之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够结实，希望自己在今后的学习中不断加强

7、理论和实践相结合，提高自己各方面能力。在此感教师的耐心指导和队友的默契合作。附录：模拟程序：工艺模拟：go athena#TITLE: Polysilicon Emitter Bipolar Example - Ssuprem4-Devedit-Spisces2# If you do not have Devedit: Please ment these lines out.line x loc=0.0 spacing=0.03 line x loc=0.2 spacing=0.02 line x loc=0.24 spacing=0.015 line x loc=0.3 spacing=0.

8、015 line x loc=0.8 spacing=0.15#line y loc=0.0 spacing=0.01line y loc=0.07 spacing=0.01 line y loc=0.1 spacing=0.01line y loc=0.12 spacing=0.01 line y loc=0.3 spacing=0.02 line y loc=0.5 spacing=0.06line y loc=1.0 spacing=0.35 #init c.arsenic=2e16#implant boron energy=18 dose=2.5e13diffuse time=60 t

9、emp=920# deposit polysilicondeposit poly thick=0.3 divisions=6 min.space=0.05 # Implant to dope polysiliconimplant arsenic dose=7.5e15 energy=50# Pattern the poly etch poly right p1.x=0.2relax y.min=.2 x.min=0.2relax y.min=.2 x.min=0.2method press fermidiffuse time=25 temp=920 dryo2 diffuse time=50

10、temp=900 nitrogenimplant boron dose=2.5e13 energy=18# deposit spacerdeposit oxide thick=0.4 divisions=10 min.space=0.1# etch the spacer backetch oxide dry thick=0.5 implant boron dose=1e15 energy=30diffuse time=60 temp=900 nitrogen# put down Al and etch to form contactsdeposit alum thick=0.05 div=2

11、etch alumin start x=0.15 y=-10etch continue x=0.15 y=10etch continue x=0.6 y=10etch done x=0.6 y=-10structure reflect left stretch 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=0.0 name

12、=emitterelectrode x=-0.7 name=baseelectrode backside name=collectorelectrode x=0.7 name=base1# Save the final structurestructure outfile=bjtex03_0.str# pletely remesh the structure without obtuse triangles in the semiconductor# Use the Sensitivity & Minspacing parameters to adjust the mesh density.#

13、 . 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=Insulator default

14、 max.angle=170constr.mesh type=Metal default max.angle=# 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=0.5imp.refine imp=Boron sensitivity=0.5# now mesh the structure.mesh#struct

15、 outfile=bjtex03_1.strtonyplot bjtex03_1.str -set bjtex03_1.set# Gummel Plot Test #器件模拟go atlas# set material models etc.material taun0=5e-6 taup0=5e-6contact name=emitter n.poly surf.reccontact name=base mon=base1 shortmodels bipolar print # initial solution solve init# change to two carriersmethod

16、 newton autonr trap solve prev# set the collector biassolve vcollector=2 local# start ramping the basesolve 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 aname=base# Now dump a structure file, for tonyplotting. but fi

17、rst decide what # you want in it, on top of the default quantities.output e.field flowlines jx.el jx.ho jy.el jy.hosave outf=bjtex03_3.str# Now extract some design parameters.extract name=peak collector current max(curve(abs(v.base),abs(i.collector)extract name=peak gain max(i.collector/ i.base)extract name=max fT max(g.collectorbase/(2*3.1415*c.basebase) # plot the resultstonyplot bjtex03_2.log -set bjtex03_2.setquit