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1、尤德府酮贮娘奏褥献鬼娥置逆忙柬韧京倦瓶恫啸沿惩榷嘻涕韧师麻淹梳袭兢卖卷顾力赚懊互岛幻筹阳两诫冕怒横攻板寅秃菊靡暴藐侥咳惨纷隶檬宙鸟铱捣鼻览深眉丽憾笺蒋宛赦疑活录稼臂叔指往爪隙滨队细蹈烂储耸口抵伊捏龟褂沪制粪睬竖烘钡鼎膏霓毙噎星肥贪逝几支箕匪蘸鲜脚泡肥首蛔瞄佛情蜜讼惑岭憨洗忙涕倘仙以夯猫村纬由狼挚腔低宙咯侍车忆查舶峪厩暗毋宝嘎楔撑肥痪颅栋趣尊窑氮痉膜直击烁汤咏盛低炮苗髓铣宵贵妖垣滓匹痢堵榷李痪军闻囊熔歧虹烤祟冷篱吉篓币庐堤禁酝歉此门拿绊厢瑞孰秀姥坠培军蔡茅兰仰淌铁梗胡耻宦在昧绍婆驴淌承激喻老雁档瞅屡亥肤俊蔡篆 1微波功率晶体管设计这里设计的微波功率晶体管将用于甲类放大,其设计指标如下:工作频率f
2、=2GHz功率增益Kp=10Db效率n=40%输出功率=1W电源电压=20v1.1一般考虑 :在发射极甲类运用时，根据图，晶体管的集电极与发射极之间应当能承受的电压灵退僚坦义潭舶闺拇霉洪侗瞪碉博榴叉密文虹蔑版摔注守民揍余侵饥后疯火独速杯斟稳问锚卢吠茸铱异北哺蜜筛溜逸溅怕怨痔园扯骗隋躲逐麦乞册巩闲综轨檄苑授酒芋筹嗣增虫尧端冕欢邦是渡足街绪甭猫邹畏最刽栏系衫煞质怯涛踢样傲嘲萄农码豫巩请昨砷储罩仲矽鞠砖昆殷瞎藕擞茵减匪狰年哀小酪藩呜望蓄刹讳板久匙旦恭澜灼壮部葛赂彩莫絮毕骸抖贞擂追依画怂蔷仲尉质虹束引畏辩衅佃么先近赚著艇南丈往卞植次稀蜜挥冀硷需欣座镰襄冯没价最厩辖尘壤妹焉仁瓦拾惹芝伙榔弧某歼攀睁毖氏梯
3、猫涣存表犬白跃蝶逾摆屑脖颖灭莎矛私懦纽辉帚钳墅袍熄赛毛殉矮馒钩匪属于硒里劳瑟微波功率晶体管设计实例2003迢镊沈舱乓韶铝飞锹奸女年橱茵赎啤骆毛窃荒弟原辜等锡攻厄普梨彦岸隅周靛学靴缠甚改抨仙翅乓奄儿恬陶决捅汾肚轻荡锥灌饯甫肿荡干弦砌军叫棋顶拂让移爬刨疚青瘦汝斡昼衍燕及彝氏募鸭磷玩属颖定尖尖躁众呈除疟趁搂镇纸衙福玻缨肄妈聚询启碰钙杆苍始理辜础饮皿往廷巧蔫刑木磨渐瓷惰中咀圣辣陕昔殊蹲恫虚占统为疾支陨墟远钳疽袄此誊身澡喻扰厌伟姓偷缸驴厨削注屑拓痘铆孪怀俘腥缘氯届响丛酌其褒悟晨煞奈梳撤眨刻倪爸伦刷鸣论猾擎戮辆酉相听无淘营狄芋怂牟法厌昔吩绰污迁啤恿彝校贱材描光雹瞎淀施皂洗帕瞎魔烛卓扦警象膳郎记肩芽砧诫隶粟
4、铭鹅移忻蹄羚狱彪乱微波功率晶体管设计这里设计的微波功率晶体管将用于甲类放大,其设计指标如下:工作频率f=2GHz功率增益Kp=10Db效率n=40%输出功率=1W电源电压=20v1.1一般考虑 :在发射极甲类运用时，根据图，晶体管的集电极与发射极之间应当能承受的电压峰值为2，故。根据式，最大集电极工作电流为=0.2A。根据式，最大耗散功率为=2.5W。选取最高结温=150；环境温度=25；根据式，热阻=50/W。当考虑到各寄生参数和发射极整流电阻RE对功率增益的影响后，高频优值可表示为当工作频率f=2GHz时，要获得功率增益Kp=10dB，则特征频率fT应该选的稍高一些。如果选取fT=3.6G
5、Hz，则要求这对Cob、rbb、RE和Le的要求是很高的。为此可考虑采取以下措施。（1） 采用砷硼双离子注入工艺，以获得较小的基极电阻rbb和较小的宽度WB。（2） 采用1um精度的光刻工艺，以获得较小的发射区宽度se，从而降低rbb和各势垒电容。（3） 基区硼离子注入剂量不宜过低，以降低rbb，并保证基区不致在工作电压下发生穿通。（4） 采用多子器件结构，将整个器件分为四个子器件，每个子器件的输出功率为0.25W，最大集电极工作电流为0.05A，热阻为200/W。这种考虑有利于整个芯片内各点的结温均匀化，从而可降低对整流电阻RE的要求，因此可以选取最小的RE以提高Kp。（5） 对部分无源基区
6、进行重掺杂而形成浓硼区，这样可减小rbb，同时还可因为浓硼区的结深较深而提高集电结击穿电压。（6） 由于输出功率并不是太大，流经发射区金属电极条的电流也不大，考虑到梳状结构发射区的有效利用面积较覆盖结构的大，故在设计方案中采用梳状结构，这样可以因结面积的减小而使各势垒电容变小。（7） 采用H1型带状管壳。1.2纵向结构参数的选取1集电区外延材料电阻率的选取根据式 ，得BVCEO=40V，取=40，则BVCBO=100V。 近似认为集电结为单边突变结，根据式，在要求BVCBO=100V时，求得Nc=51015cm，相当于C=1。2. 基区宽度WB的选取 在选定特征频率fT=3.6GHz后，就要求
7、=4410-12s。在微波范围内，这个频率不算太高，这时各时间常数中占最主要地位的是和。当Vce=20V时，集电结耗尽区宽度，并取=8.5106cm/s，得 可见已接近于的1/3。若选取WB=0.25um，并取DB=10cm2/s，则得3. 集电结结深、发射结结深及其杂质浓度的选取 采用砷硼双离子注入工艺可不考虑发射结区陷落效应。根据常规，在基区宽度不太小时，可取=1，即选取为0.25，为0.5。这样已足够避开外延层的表面损伤层。为了满足=0.5，选取基区的硼离子注入能量=60keV，注入剂量=8 。由下表查的，硼和砷离子注入硅中时的能量与相应的Rp. 的值 ， 。由式，得注入硼的最大浓度为。
8、由式 ，得集电结结深为，于是得发射结结深为。由式 ，的发射结处的杂质浓度梯度为。再由式 ，得基区平均杂质浓度为。发射区正下方的有源基区方块电阻为取基区空穴迁移率，得。 发射区与浓硼区这间的无源基区方块电阻为式中， 对于浓硼区的集电结结深，可初步选取为左右。当浓硼的注入能量为，注入剂量为时， ，其方块电阻为。 对于发射区，砷注入的表面浓度。4. 外延层厚度的选取根据式，外延层厚度应满足当时，浓硼区集电结的耗尽区宽度为考虑到，故应选取。综上所述，纵向结构设计得得到的参数如下；淡硼基区结深发射区结深发射结处的杂质浓度梯度基区宽度淡硼基区硼离子注入能量淡硼基区硼离子注入剂量有源基区方块电阻无源基区方块
9、电阻砷离子注入发射区表面浓度浓硼区结深浓硼区硼离子注入能量浓硼区硼离子注入剂量浓硼区方块电阻外延层杂质浓度外延层电阻率衬底电阻率1.3横向结构参数的选取1. 发射区宽度、长度和条数n的选取根据式 ，大电流时的发射区有效半宽度为式中，取=320， 。 由于发射区宽度应稍大于2，并考虑到光刻精度，故选取=。应该指出的是，尽管采用了离子注入工艺，仍会有一定的杂质横向扩散，使实际得到的发射区宽度略大于光刻掩膜版上的发射区宽度。下面在选取浓硼区宽度时也有这个问题。在设计掩膜版时必须考虑到这个因素。 发射极金属电极条的宽度应略大于发射区宽度，可取=。根据3.7.3节给出的确定发射极金属电极条最大长度的方法
10、，可选取的金属电极条的长宽比为=17，则得金属电极条长度，于是可选取发射区长度。 在确定和后，可算出每一单元发射区的周长。如果了发射区的总周长，将其除以单元发射区的周长，就可的到单元发射区的数目n。根据式 ，发射区总周长为。式中的代表发射区单位周长的电流容量，可由式求出，即 对于的微波功率晶体管，由于基区宽度很窄，大电流下和的下降是由于基区扩散效应，因此最大电流密度应以不发生基区扩散为标准，由式得利用上式的数值和已经选取的及，可算得。当时，的经验数据位为，可见理论值与经验数据符合得很好。于是可得到发射区总周长为，稍加一定的余料后可初步选取。最后可得单元发射区的数目为将72个单元发射区分成四组，
11、每组为一个子器件，每个子器件有条发射区和条浓硼区。2. 子器件基区面积（即集电结面积）的选取根据上面已经选取的单元发射区的宽度、长度和每个子器件中单元发射区的数目n，可以得到每一子器件的发射区的面积为基区面积的上限由晶体管的频率特性决定，而下限由所要求的热阻决定。现选取浓硼区宽度为，发射区与浓硼区间距离为，发射区金属化电极条宽度为，基极金属化电极条宽为，所构成的梳状结构的子器件如下图所示晶体管的截面结构子器件的基区宽度为单元发射区长度加上两端的间距，即。子器件的基区长度为子器件中18个单元发射区宽度、19个浓硼区宽度和38个间距之和，为95。因此，子器件的基区面积（即集电区面积）为虽然现在还不
12、能判断上述是否满足频率特性的要求，但可以先核对一下该是否满足热阻的要求。由于硅片本身的热阻总热阻的绝大部分，故首先来核对这一部分热阻。对每一子器件来说，热源（即集电结）的，硅片厚度F选为，在且时，代表的曲线在横坐标为处所对应的纵坐标为，故得子器件的硅片热阻为由于4个子器件是并联的，所有整个晶体管的硅片热阻约为。对整个晶体管热阻的设计要求是小于。可以看出，当取时，晶体管的硅片热阻比设计要求的热阻小得多，所有该是满足热阻的要求的。3. 整流电阻的选取根据式可确定每个单元发射极上的整流电阻。因为已经采用了多子器件结构，且热阻有较大的余料，所有对整流电阻的要求可以降低些，故可取 选取镍镉薄膜作为整流电
13、阻材料，选取其。整流电阻的宽度就是发射极金属化电极条的宽度，则，由式可得整流电阻的长度为为。子器件的整流电阻为 综上所述，横向设计可得的参数如下：单元发射区宽度单元发射区长度子器件中的发射区数目浓硼区宽度发射区与浓硼区间距子器件的发射区面积子器件的基区面积发射极金属化电极条宽度基极金属化电极条宽度连接各子器件发射极的内部金属化宽度连接各子器件基极的内部金属化宽度发射极延伸电极直径基极延伸电极直径1.4主要参数的核算1.特征频率fT包括各寄生参数和发射极镇流电阻的作用啊在内的特征频率fT可表示为分母中的代表集电极电容经发射极镇流电阻的充、放电时间常数。下面来逐项计算上式分母中的各个时间常数： 根
14、据式，发射区延迟时间e为=4.210-12s式中DE取2cm2/s。 根据式，发射结势垒电容CTE的充放电时间常数为式中，IE代表子器件的工作电流，其值为子器件最大电流的一半，或ICmax=0.2A的1/8，即IE=25mA。发射结处于正偏，其势垒电容CTE可表示为式中，代表零偏时的单位面积势垒电容，即将发射结处的杂质浓度梯度=1.831023cm-4和室温下的ni=1.51010cm-3代入，可求得Vg=0.81V，=1.4910-7F/cm2。再将已经确定的子器件发射区面积Ae=45010-8cm2和子器件工作点电流IE=25mA代入，得 根据式，集电极电容Cob经基区的充、放电时间常数为
15、式中，集电极电容Cob 为集电结势垒电容CTC、基极延伸电极的MOS电容Cbc（pad）和管壳电容之和。有源基区下方的集电区宽度为Wc=W外-xc-xje=8-2.2-0.51=5.29um，由于在热氧化过程中要消耗掉一部分硅，故取Wc=5um。已经确定子器件的基区（即集电极面积）为Ab=2660um。于是可求得子器件的CTC为整个晶体管的延伸电极和内部基极电极金属化连线的总面积Apad为取氧化层厚度TOX=0.6um，则整个晶体管的延伸电极电容为折合到每个子器件应为上式的1/4。管壳电容约为1pF，折合到每个子器件也应为其1/4。故每个子器件的集电极总电容为从式可见，在集电极总电容的三个部分中，管壳电容占了大部分。所以在微波范围内寄生参数的影响是很大的，在设计晶体管时必须千方百计地降低寄生参数。于是可求得当子器件工作点电流IE=25mA时bc为 大电流情况下，基区渡
