МОДЕЛИРОВАНИЕ МОЩНОГО БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА
advertisement
Ìîäåëèðîâàíèå ìîùíîãî ÁÒ ÌÍÝèÌÑ-2014 ÓÍÈË ÏÒÌÌèÍ Ãîñóíèâåðñèòåò-ÓÍÏÊ ÌÎÄÅËÈÐÎÂÀÍÈÅ ÌÎÙÍÎÃÎ ÁÈÏÎËßÐÍÎÃÎ ÒÐÀÍÇÈÑÒÎÐÀ 1 Â.Î. ÒÓÐÈÍ , Ì.Â. ÊÈËÜ×ÈÖÊÀß 2 , Ê.À. ÃÅÐÀÑÈÌΠ1 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.
