《微电子器件与工艺》课程设计指导书

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1、微电子器件与工艺课程设计指导书《微电子器件与工艺》课程设计指导书晶体管的设计是有关晶体管物理知识的综合应用。晶体管的基本理论只能反映晶体管内部的基本规律，而且这些规律往往是基于很多假设，并忽略了很多次要因素的情况下得到的，如工艺因素的影响，半导体材料的影响及杂质浓度的具体分布形式等。因此，在进行晶体管设计时必须从生产实践中总结出经验数据与基本的理论结合起来，经过多次反复，才能得到切实可行的设计方案。同时，对有志从事半导体器件以及集成电路有关工作的工程技术人员来说，要系统的掌握半导体器件，集成电路，半导体材料及工艺的有

2、关知识，晶体管设计也是必不可少的重要环节。一、晶体管设计的一般方法晶体管设计过程，实际上就是根据现有的工艺水平，材料水平，设计水平和手段以及所掌握的晶体管的有关基本理论，将用户提出的或预期要得到的技术指标或功能要求，变成一个可实施的具体方案的过程。因此，设计者必须对当前所能获取的半导体材料的有关参数和工艺参数有充分的了解，并弄清晶体管的性能指标参数与材料参数，工艺参数和器件几何结构参数之间的相互关系，才可能得到设计所提出的要求。但是晶体管的种类繁多，性能指标要求也就千差万别，因此要将各类晶体管的设计都要讲清楚是很难的

3、，所以我们只能简单介绍一下晶体管设计的一般步骤和基本原则。1．晶体管设计的一般步骤晶体管设计可大致按下列步骤进行：第一，根据预期指标要求选定主要电学参数，确定主要电学参数的设计指标。第二，根据设计指标的要求，了解同类产品的现有水平和工艺条件，结合设计指标和生产经验进行初步设计，设计内容包括以下几个方面：（1）根据主要参数的设计指标确定器件的纵向结构参数，如集电区厚度Wc，基本宽度Wb和扩散结深Xj等。（2）根据设计指标确定器件的图形结构，设计器件的图形尺寸，绘制出光刻版图。（3）根据设计指标选取材料，确定材料参数，如

4、电阻率r，位错，寿命，晶向等。（4）根据现有工艺条件，制定实施工艺方案。（5）根据晶体管的类型进行热学设计，选择分装形式，选用合适的管壳和散热方式等。32微电子器件与工艺课程设计指导书第三，根据初步设计方案，对晶体管的电学验算，并在此基础上对设计方案进行综合调整和修改。第四，根据初步设计方案进行小批测量试制，暴露问题，解决矛盾，修改和完善设计方案。2．晶体管设计的基本原则（1）全面权衡各电学参数间的关系，确定主要电学参数尽管晶体管的电学参数很多，但对于一类型的晶体管，其主要电学参数却只有几个，如对高频大功率管，主要的

5、电学参数是fT，BVCBO，PCM和ICM等；而高速开关管的主要电学参数则为ton，toff，UBES和UCES。因此，在进行设计时，必须全面权衡各电学参数间的关系，正确处理各参数间的矛盾。找出器件的主要电学参数，根据主要电学参数指标进行设计，然后再根据生产实践中取得的经验进行适当调整，以满足其他电学参数的要求。（2）正确处理设计指标和工艺条件之间的矛盾，确定合适的工艺实施方案。任何一个好的设计方案都必须通过合适的工艺才能实现。因此，在设计中必须正确处理设计指标和工艺条件之间的矛盾。设计前必须了解工艺水平和设备精度，

6、结合工艺水平进行合理设计。（3）正确处理技术指标的经济指标间的关系设计中既要考虑高性能的技术指标，也要考虑经济效益。否则，过高的追求高性能的技术指标，将使成本过高。同时，在满足设计指标的前提下，尽可能降低参数指标水准，便于降低对工艺的要求，提高产品成品率。（4）在进行产品设计时，一定要考虑器件的稳定性和可靠性。3．晶体管电学参数与结构、材料和工艺参数之间的关系（可以作报告内容）由于晶体管的种类繁多，性能指标要求也各不相同，因此为了正确而又合理地设计晶体管，设计者必须弄清晶体管的各项电学参数与材料参数，工艺参数和器件几

7、何结构参数之间的相互关系。双极晶体管的电学参数可分为直流参数，交流参数和极限参数三大类。下面将电学参数按三大类进行汇总，在括号内指出与它有关的主要参数。A、直流参数（1）共发射极电流放大系数b：主要与Wb，NB,NE有关。（2）反向饱和电流ICBO、ICEO和IEBO：主要与寿命t，空间电荷区宽度有关。（3）饱和压降VCES：主要与rb(WbNBlese)和rcs(NCWCAC)有关。（4）输入正向压降VBES：主要与rb(Wb，NB，le，se)有关。B、交流参数（1）特征频率fT：由传输延迟时间tec决定，还与A

8、e,tb(WbNb)，tC(AC，32微电子器件与工艺课程设计指导书NC)和td(NC)有关。（2）功率增益GP：主要由fT，CC(AC，Apad)和rb(Wb,NB,Lese)决定。（3）开关时间ton和toff：主要与Ae,AC基区和集电区少子寿命t和集电区厚度WC。（4）噪声系数NF：NF主要由rb和fT决定。C、极限参数（1）击穿电压：