Mavzu: bc 558 tipidagi bipolyar tranzistor asosidagi kuchatyirgichlarni parametrlarini xisoblash va loyihalash mundarija

1.1.2-rasm.Yashirin n + qatlamli bipolyar n-p-n tranzistorining fizik tuzilishi
Ishlov beriladigan sirtning (ikki materialni kavsharlash orqali plyonka xosil qilish) o‘ziga xos qarshiligi tranzistorning kollektor birikmasini ishchi kuchlanishiga qo‘yiladigan talablar asosida tanlanadi. Bunday holda kollektor- ikki materialni kavsharlash orqali plyonka xosil qilingan birikmasining buzilish kuchlanishi kollektor-baza ulanishining buzilish kuchlanishidan katta bo‘lishi kerak .Ikki materialni kavsharlash orqali plyonka xosil qilingan birikmaning qarshiligi imkon qadar yuqori bo‘lishi kerak. Bu bir vaqtning o‘zida kollektor- ikki materialni kavsharlash orqali plyonka xosil qilingan birikmasining kichik parazitlik (og’ishliylik) sig'imini ta'minlaydi, lekin shuni ham yodda tutish kerakki, plyonka korpusining qarshiligi bir vaqtning o‘zida oshadi va bu chastota xususiyatlariga ta'sir etuvchi g’alayon parametrdir. Ikki materialni kavsharlash orqali plyonka xosil qilingan birikmasining qarshiligi ρ – 1-10 Om ∙ sm oralig'idan murosali tarzda tanlanishi kerak. Xosil qilingan plyonkaning qalinligi mikrosxemaning mexanik mustahkamligini ta'minlashi kerak va u hp = 250-500 mkm oralig'idan tanlanadi.
Kiristalli (sovuq haroratda xosil qilingan) birikma qatlamning tuzulish darajasi bir -biriga zid bo‘lgan bir nechta talablar asosida tanlanadi:
- izolyatsiyalovchi ulanishning yuqori buzilish kuchlanishi va ulanishning o‘ziga xos sig'imining pastligi uchun kristalli birikma qatlamning tuzulish darajasi iloji boricha past bo‘lishi kerak (lekin kristalli birikmaning tuzulish darajasidan biroz yuqori);
- kollektor korpusining chastota xususiyatlariga ta'sir ko‘rsatadigan ketma -ket qarshiligini kamaytirish uchun doping darajasi imkon qadar yuqori bo‘lishi kerak.
Bu ziddiyatli talablar quyidagi murosaga olib keladi: Kristalli birikmadan xosil qilingan plyonkaning qarshiligi, uni ishlab chiqarish usulini hisobga olgan holda, yuqori voltli tranzistorning o‘zi berilgan yuqori kuchlanishini ta'minlaydigan qilib tanlanadi. Bu kristalli birikma uchun solishtirma qarshiligini ρ_к = 0.15-5 Om∙sm oralig'idan o‘ziga xos qarshilik qiymatini tanlashga olib keladi. Ammo tranzistorlarning barcha haqiqiy parametrlari uchun qarshilikning bunday qiymatlari kollektor qarshiligining haddan tashqari oshirib yuborilishiga olib keladi. Bunga yo‘l qo‘ymaslik uchun yuqori darajadagi qatlam n + qatlami kiritiladi. Chunki tranzistorlarning kollektor-bazaviy kuchlanishi U_kb = 12 V ni tashkil etadi, ya'ni kollektor-baza ulanishining buzilish kuchlanishidan bir necha baravar kam, shuning uchun buzilishdan qo‘shimcha himoya choralarini qo‘llashning hojati yo‘q.
Kristall birikmada xosil qilingan plyonkaning qalinligi imkon qadar kichik bo‘lishi kerak ya’ni quyidagi mezon asosida tanlanishi lozim:
1.1.1
Bu yerda
h_ep- kollektor o‘tishining ulanish chuqurligi;
x_jn+- Kristall birikmada xosil qilingan plyonkaning Tanlangan haroratda n⁺ -qatlamning ikki materialni kavsharlash orqali plyonka xosil qilingan birikmasining qatlamga kirish chuqurligi;
-Ishchi kuchlanishida kollektor-baza qatlamida zaryadli zarrachaning harakatlanish yo‘li kengligi;
- barcha texnologik xatoliklar.
Yashirin n⁺ qatlami kollektor korpusining minimal qarshiligini ta'minlash maqsadida qilingan. Bu vazifaga asoslanib, yashirin qatlamni iloji boricha mustahkam qilish kerak, lekin bu kollektor-baza o‘tishga ishchi kuchlanish qo‘llanilganda qatlam taglik bilan yopilmasligi ta'minlanishi kerak. Bunday holda, keyingi texnologik operatsiyalar paytida qatlamning tarqalishini qat'iy nazorat qilish kerak.
Yashirin qatlamning sirt qarshiligi odatda R= 6-8 Om/kvadrat, qalinligi h_q = 3...8 mkm, qotishma aralashmalarning sirt konsentratsiyasi (ko‘pincha yuqori haroratlarda past diffuziya koeffitsienti tufayli surma) n= 1018-1019 sm^-3.
Baza qatlami diffuziya usuli bilan tayyorlanadi, shuning uchun u legirlanadi. Qotishma darajasi quyidagi talablardan tanlanadi:
-o‘tishning keskinligini oshirish uchun emitter-baza va bazani samaradorligi iloji boricha kamroq bo‘lishi kerak;;
-legirlash darajasining pasayishi bazaning parazit qarshiligini oshiradi va tranzistorning chastota xususiyatlarini pasaytiradi;
- agar baza qatlami zaif bo‘lsa, sirt kontsentratsiyasi bo‘ladi n ≤ 5∙1016 sm^-3, bu bazaning sirt qatlamining o‘tkazuvchanligini va tranzistorning ishdan chiqishiga olib kelishi mumkin. Aralashmalarning sirt kontsentratsiyasi taxminan n= 1016-1019 sm^-3. Metal bazasining qalinligi ω₀ = 0,5-1,0 mkm, asosiy maydonning o‘rtacha o‘ziga xos qarshiligi ρ_b = 0,1-1,0 Om∙sm, passiv bazaning sirt qarshiligi R_pbq = 100…200 Om/kvadrat, faol bazaning sirt qarshiligi R_fbs = 5…20 kOm/kvadrat.
Emitter qatlamning kristalli birikma darajasi imkon qadar yuqori bo‘lishi kerak. Ammo legirlangan qatlam zaryad konsentratsiyasi n ≈ 1021 sm^-3, keyinchalik zaryadlovchilarning yashash vaqti kamayadi, bu esa emitterning samaradorligini pasayishiga olib keladi. Shuning uchun legirlangan qatlamni kristalli birikma darajasi konsentratsiyasi quyidagi interval bo‘yicha tanlanadi n= 1019-5∙1020 sm^-3, sirt qarshilik R_sq = 5…7 Om/kvadrat. Emitent-baza birikmasining qalinligi quyidagicha aniqlanadi:
1.1.2
Ajratuvchi diffuziya qalinligi Kristalli birikmadan xosil qilingan plyonkaning qalinligidan biroz kattaroq bo‘lishi kerak, shuning uchun bu qatlamning kristalli sirt bilan birlashishi ta'minlanadi.Ushbu hududning legirlanganlik darajasi p-n ning yuqori maydon kristaliga o‘tishini samarali izolyatsiya qilish uchun etarlicha yuqori bo‘lishi kerakYarimo‘tkazgichli mikrosxemalarda alyuminiy plyonkali o‘tkazgichlar elementlararo ulanish sifatida ishlatiladi. O‘tkazgichlarning kesishishini istisno qilish uchun 3 asosiy usuli qo‘llaniladi: Ko‘p qatlamli metallizatsiya, SiO2 qatlami bilan himoyalangan rezistorlar kanallari ustidan metallizatsiya shinalarini yotqizish va silikon dioksidi qatlami ostida diffuzionli o‘tish ko‘priklarini xosil qilishdan iborat. Metallizlangan yo‘lning minimal kengligi (uning qalinligi bilan) ruxsat etilgan oqim zichligi bilan aniqlanadi. Metallashtiruvchi shinalarning Al qatlamining qalinligi taxminan 1,5 mkm, shinalar esa qatlam qarshiligiga ega. R_S ≈ 0,05 Om/kvadrat shina uchun R_S qiymati alyuminiyning qarshiligidan olingan qiymatdan taxminan 2,5 ... 3 barobar yuqori. Bu alyuminning chiqish tranzistorlarining kollektor kontaktlaridan ko‘chishi bilan bog'liq, bu kollektor qatlamning qarshiligini oshiradi, alyumin filamentlarining o‘sishi, emitterli p-n birikmalarining qisqa tutashishiga olib keladi va boshqalar.Ya’rim o‘tkazgichli elementlarning bog’lanish xosil qiluvchi maydoni geometrik o‘lchamlari mikrosxemalar ishlab chiqarishning asosiy texnologiyasi bilan belgilanadi va ko‘pincha 100 × 100 mkm. Elementlarning bog’lanish xosil qiluvchi maydoni yaxshi ulanishni ta'minlashi kerak. Olingan parazit sig'imini kamaytirish va oksidda nuqson bo‘lsa, qisqa tutashuv xavfini bartaraf etish uchun ularni alohida ajratilgan joylar ostiga qo‘yish maqsadga muvofiqdir.

1.2 Mikrosxema topologiyasini loyihalashning asosiy qoidalari

Topologiyani ishlab chiqishda asosiy talab-elementlar orasidagi ulanishlar kesishishining minimal soniga ega bo‘lgan elementlarning maksimal o‘rash zichligi. Bu barcha dizayn va texnologik talablar va cheklovlarga javob berib, kristalli maydondan maqbul foydalanishni ta'minlaydi. Topologiyani ishlab chiqish uchun dastlabki ma'lumotlar elektr sxemasi, texnologik va konstruktiv talablar va cheklovlardir.
Integral sxema topologiyasini ishlab chiqishda, p-n-birikma yarimo‘tkazgichli Integral sxemalarning topologiyasini loyihalashda quyidagi asosiy qoidalarga rioya qilinadi [1]:
1).Himoya oksidi bilan ishlov berish, fotolitografiya xatolari ostida g’alayon ta'sirini hisobga olish uchun topologiyali sxemani tuzishda, kontaktli yostiqlardan tashqari, barcha elektron elementlarni ruxsat etilgan masofada joylashtirish tavsiya etiladi. Epitaksial(kimyoviy oksidlanish) qatlamning qalinligidan ikki baravar ko‘p bo‘lishi kerak.
2).Har doim teskari yo‘naltirilgan kuchlanish izolyatsion p-n birikmalariga qo‘llanilishi kerak, bu amalda p-tipli substratni yoki p-tipli ajratish diffuziya mintaqasini kontaktlarning eng salbiy potentsialli nuqtasiga ulash orqali amalga oshiriladi. Bunday holda, izolyatsion p-n birikmasiga qo‘llaniladigan teskari kuchlanish buzilish kuchlanishidan oshmasligi kerak.
3).Mikrosxemalar elementini joylashtirishda va ular orasidagi bo‘shliqlarni tuzishda odatdagi texnologik jarayonga mos keladigan cheklovlarga qat'iy rioya qilish kerak.
4).Asosiy diffuzion qatlam asosida hosil bo‘lgan rezistorlar bitta izolyatsiya qilingan maydonda joylashishi mumkin, bu kontaktlarning zanglashiga eng ijobiy salohiyati bilan bog'liq, ya'ni kollektor quvvat manbaiga.
5).Emitter va kollektor qatlamlariga asoslangan rezistorlar alohida ajratilgan joylarda joylashishi kerak.
6).Rezistorlarning haqiqiy shakli r tekis, egilgan yoki boshqa har qanday shaklga ega bo‘lishi mumkin, lekin har holda rezistor uzunligining uning kengligiga nisbati asl diffuziya qatlamining qarshiligiga mos kelishi va berilgan qiymatning olinishini ta'minlashi kerak. Yuqori qarshilikli rezistorlar parallel chiziqlar bo‘lib, ular orasidagi o‘tish joylari bo‘lishi kerak. Bu holda qarshilikning nominal qarshiligi egilgan qarshilikka qaraganda aniqroq saqlanadi.
7).Mahalliy isitish joylarini kamaytirish uchun yuqori quvvatli rezistorlarni faol elementlar yoniga qo‘ymaslik kerak, lekin ularni kristalning chetiga ko‘chirish tavsiya etiladi.
8).Reytinglar nisbatini aniq saqlashi kerak bo‘lgan rezistorlar bir xil kenglik va konfiguratsiyaga ega bo‘lishi va bir -birining yonida joylashgan bo‘lishi kerak. Bu qoida mikrosxemalarning boshqa elementlariga ham taalluqlidir, ular uchun xarakteristikalarni muvofiqlashtirishni ta'minlash kerak, ya'ni. ularning topologiyalari bir xil bo‘lishi va nisbiy pozitsiyasi iloji boricha yaqin bo‘lishi kerak.
9).Har qanday diffuzion rezistorni o‘tkazuvchi yo‘l orqali kesib o‘tish mumkin, chunki metall o‘tkazgichni rezistorni qoplaydigan kremniy dioksid qatlamidan o‘tkazishda hech qanday zararli ta'sir yo‘q.
10).Kondensatorlarning shakli va joylashuvi muhim emas.
11).Diffuzion kondansatorlar alohida izolyatsiya qilingan maydonlarni talab qiladi.
12).N-p-n tipidagi tranzistor rezistorlar bilan bir xil izolyatsiya qilingan maydonga joylashtirilishi mumkin.
13).Turli xil potentsialga ega bo‘lgan barcha n-tipli kollektorli hududlarni ajratish kerak.
14.Mikrosxemalar elementlarining almashinuvi minimal kesishmalar soniga ega bo‘lishi kerak. Agar kesishmalardan butunlay qochishning iloji bo‘lmasa, ular kondansatkich plitalari yordamida, tranzistorlarning kollektor hududlariga qo‘shimcha kontaktlar hosil qilib, diffuzion o‘tish moslamalari yordamida va o‘tish o‘tkazgichlari o‘rtasida qo‘shimcha izolyatsion qatlamlar hosil qilib amalga oshirilishi mumkin. Topologik sxemani ishlab chiqishda, elektrodlararo ulanishlarning mumkin bo‘lgan minimal uzunligini olishga intilish kerak.
15). Parazitar sig'imlarning mavjudligi muhim bo‘lmasa, rezistorlar tranzistorlar bilan bir xil izolyatsiya qilingan joylarga joylashtirilishi mumkin. Ular bir-biriga bog'langan bo‘lishi muhim emas. Rezistorlar orasidagi masofa kamida 10 mkm bo‘lishi kerak. Tranzistor va rezistorning kollektori bir-biridan kamida 12 mikron masofada bo‘lishi kerak.
16).Topologiyani loyihalashda eng muhim qoida - bu mikrosxemaning izini kamaytirish. Bu ma'lum diametrli gofretda ishlab chiqarilgan mikrosxemalar sonini ko‘paytirish imkonini beradi. Qolaversa, yarim o‘tkazgichli kristallning tasodifiy nuqsonlari ehtimoli maydonning oshishi bilan ortib borishini hisobga olish kerak. Mikrosxemalarning o‘lchamlari izolyatsiya qilinadigan maydonlar va ularning maydonlari soniga, shuningdek, ulanish metallizatsiyasining umumiy maydoniga, shu jumladan aloqa joylari egallagan maydonga bog'liq.