器件与工艺课程设计.docx

器件与工艺课程设计器件与工艺课程设计 题目：双极型晶体管设计专业： 电子科学与技术 班级： XX级电子科X班 学号： XXXXXXXX 姓名： XXXXXX 组员： XXXX XXXX XXXX 指导老师： XXXXXX 目录课程设计目标21.1、设计目标21.2、BJT介绍2课程设计流程32.1、以Si为介质时的晶体管仿真32.2、编写dessis程序6课程设计心得9参考文献9 课程设计目标 通过本课程（双极型晶体管 设计）的学习和训练，了解和掌握本专业基本课程的前提下，在教师的指导下，结合具体设计内容，掌握课程设计的完整过程和各个环节、基本方法和途径，能够根据相关资料或在教师辅导的前提下，利用所学理论完成预定题目的综合性设计。巩固和系统掌握电子科学与技术专业的基本理论知识和各种现代设计工具， 通过多人共同完成一项设计任务使我们认识到与人协作的重要性及协作技巧。提高我们理论联系实际的能力、增强学以致用的思维意识，提高专业素质。具体目标：得到双极晶体管的工作情况1） MDRAW工具设计一个双极型晶体管（平面工艺）；2） 在MDRAW下对器件必要的位置进行网格加密；3） 编辑*_des.cmd文件，并在终端下运行此程序，其中集电极偏压从0V扫到90V；4） 应用INSPECT工具得出器件基极开路时的Ic-Vc特性曲线。BJT简介：双极结型晶体管（Bipolar Junction TransistorBJT）又称为半导体三极管，它是通过一定的工艺将两个PN结结合在一起的器件，有PNP和NPN两种组合结构；外部引出三个极：集电极，发射极和基极，集电极从集电区引出，发射极从发射区引出，基极从基区引出（基区在中间）；BJT有放大作用，重要依靠它的发射极电流能够通过基区传输到达集电区而实现的，为了保证这一传输过程，一方面要满足内部条件，即要求发射区杂质浓度要远大于基区杂质浓度，同时基区厚度要很小，另一方面要满足外部条件，即发射结要正向偏置（加正向电压）、集电结要反偏置；BJT种类很多，按照频率分，有高频管，低频管，按照功率分，有小、中、大功率管，按照半导体材料分，有硅管和锗管等；其构成的放大电路形式有：共发射极、共基极和共集电极放大电路。 课程设计的流程 一、以Si为介质时的晶体管仿真1、桌面右键选中New Terminal键入mdraw进入软件（1）按照实验内容要求，画出晶体管模型：将Exact Coordinates选中，点击左上角ADD Rectangle，在面板上任意画个矩形，此时弹出一个对话框，如下图所示：输入如下数值：left：-4 right：4 top：-0.7 bottom：1.3 同样的方法画出其他矩形。（2）给晶体管加电极选中set/unset contacts按钮，单击ADD CONTACT弹出对话框。发射极：输入Name：e，点击OK，用鼠标点击发射极的左边界。集电极：再单击ADD CONTACT弹出对话框，输入Name：c，点击 OK，用鼠标点击集电极的上边界。所得图形如下图所示：（3）杂质掺杂：点击右下角Doping，再点击左上角ADD Contact P，在晶体管 区域画一个矩形，此时弹出一个对话框，如下图所示：输入如下数据： profile name：ee concentration=6.8e+18，species：P X0:0.5 Y0:-0.7 X1:0.5 Y1:-0.35点击OK,此时已将发射区掺杂完毕，接下来重复上面步骤实现基区与集电区掺杂：基区输入 profile name：bb concentration=6.8e+16，species：B X0:1.5 Y0:-0.7 X1:-1.5 Y1:0集电区输入 profile name：cc concentration=6.8e+15，species：P X0:-3 Y0:-0.7 X1:3 Y1:0.7（4）构建网格：点击ADD Refinement,点击Exact Coordinates,在晶体管区域画一个矩形，此时弹出如下对话框：输入如下数据： X0:-4 Y0:-0.7 X1:4 Y1:1.3Max ElementWidth: 0.1 Max Element Height: 0.1Min Element Width：0.01 Min Element Height：0.01点击ADD ,选中第一项添加后，点击OK.最后点击菜单栏MeshBuild Mesh，构建网格保存文件：点击FileSave All ，保存成文件名npn。二、编写程序桌面右键点击New terminal键入gedit npn_des.cmdnpn_des.cmd的dessis程序如下Electrode Name=“e” Voltage=0.0 Name=“c” Voltage=0.0 File * Input Files Grid =“npn_mdr.grd” Doping =“npn_mdr.dat” * Output Files Plot = “npn_des.dat” Current = “npn_des.plt” Output = “ npn_des.log” Plot *Fields, Charges, etc Potential ElectricField SpaceCharge eMobility hMobility eVelocity hVelocity *Doping profiles DonorConcentration AcceptorConcentration DopingConcentration *Band Structure/Composition ConductionBand ValenceBand BandGap Affinity AvalancheGeneration eAvalancheGeneration hAvalancheGeneration xMoleFraction *Density, Current eDensity hDensity eCurrent hCurrent TotalCurrent *Recombination/Generation rates SRH Auger TotalRecombination *Driving Forces eQuasiFermi hQuasiFermi eGradQuasiFermi hGradQuasiFermi eEparallel hEparallelMath Extrapolate NotDamped=100 Iterations=20 RelerrControl AvalDerivatives Physics Mobility ( DopingDependence HighFieldSaturation ) Recombination ( Auger SRH(DopingDep) ) Solve * Initial Guess Coupled (Iterations=100) Poisson Coupled Poisson Electron Hole *ICVc Simulation *Initial base ramp Quasistationary ( MaxStep=0.5 Goal Name=c Voltage=90) Coupled Poisson Electron 保存文件后运行文件，在New Terminal下输入dessis npn_des.cmd，运行文件。软件运行结束后，再在New Terminal下输入inspect&，运行软件。以集电极电压为横坐标，集电极电流为纵坐标，就可以得到结果如下图所示：通过截图很容易发现BJT在集电极电压为67.4V时被击穿，电流迅速增加，本课程设计所设计的双极型晶体管为67.4V， 课程设计心得 通过这次课程设计了解了更多的关于器件的知识，尤其是器件设计软件的使用，使我对Red Hat Linux下的mdraw和inspect登相关软件的使用有了更深入的了解。对命令行的使用也更加熟悉，在设计软件方面，从刚开始对这些软件的陌生，到后来慢慢熟练，有了很大的进步，小组的合作效果也有了明显的提高，在设计器件的过程中不仅对本课程设计的知识有了更深刻的认识，对半导体集成电路的设计制造和版图的相关知识也有了进一步的认识，经历了几个星期的学习和练习，我们大家相互配合，有了问题大家一起探讨，不会的地方及时向老师请教，