Giáo trình môn học công nghệ vi điện tử 2 ppt

Khi õoù (1.12) trồớ thaỡnh:

(1.15)
(
)
kTEE
c
fc
eNn
/
=
Tổồng tổỷ:
(1.16)
(
)
kTEE
v
vf
eNp
/
=
2/3
2
2
2

=

h
kTm
N
p
v


Vồùi



ì
ì
=


GaAsfor )300/(107
for )300/(1004.1
32/318
32/319
cmT
SicmT
(1.17)

m

p
*
laỡ khọỳi lổồỹng hióỷu duỷng cuớa lọự trọỳng. Caùc phổồng trỗnh (1.15) vaỡ (1.16) coù hióỷu lổỷc cho caớ baùn dỏựn
thuỏửn vaỡ pha taỷp, chố thay E
F
bũng E
I
cho trổồỡng hồỹp baùn dỏựn thuỏửn.
Nóỳu caùc haỷt taới phỏn bọỳ õóửu, mỏỷt õọỹ doỡng õióỷn do sổỷ dởch chuyóứn cuớa caùc õióỷn tổớ vồùi vỏỷn tọỳc
trung bỗnh theo mọỹt hổồùng naỡo õoù (chúng haỷn hổồùng
x
) laỡ:
n
v
(1.18)

nn
vqnJ
=
Nóỳu caùc haỷt taới phỏn bọỳ khọng õóửu thỗ coỡn coù thóm thaỡnh phỏửn doỡng khuóỳch taùn:

(1.19)
dx
dn
qDvqnJ
nnn
)(=

Trong õoù
D

laỡ hóỷ sọỳ khuóỳch taùn cuớa haỷt taới. Sọỳ haỷng thổù nhỏỳt õổồỹc goỹi laỡ doỡng trọi (drift), tyớ lóỷ vồùi
cổồỡng õọỹ õióỷn trổồỡng
E
do vỏỷn tọỳc trung bỗnh cuớa caùc haỷt taới tyớ lóỷ vồùi cổồỡng õọỹ õióỷn trổồỡng
E
vồùi hóỷ sọỳ
tyớ lóỷ à, õổồc goỹi laỡ õọỹ linh õọỹng:

[
]
sVEv ./cm ;
2
àà
=
(1.20)

Vồùi õióỷn tổớ: ,vồùi lọự trọỳng:
Ev
nn
à

=
Ev
pp
à
=

9
ọỹ linh õọỹng cuớa haỷt taới phuỷ thuọỹc vaỡo nọửng õọỹ haỷt taới vaỡ vaỡo nhióỷt õọỹ. Noùi chung õọỹ linh õọỹng
cuớa õióỷn tổớ lồùn hồn õọỹ linh õọỹng cuớa lọự trọỳng. Vồùi Si, ồớ nhióỷt õọỹ 20

o
C, à
n
= 1900 cm
2
/(V.s) vaỡ à
p
= 425
cm
2
/(V.s). Quan hóỷ (1.20) õuùng vồùi cổồỡng õọỹ õióỷn trổồỡng khọng quaù lồùn (thổồỡng nhoớ hồn 0.2V/cm). Vồùi
õióỷn trổồỡng lồùn hồn, õọỹ linh õọỹng tng chỏỷm theo cổồỡng õọỹ õióỷn trổồỡng vaỡ tióỳn tồùi giaù trở baợo hoỡa. Doỡng
õióỷn tọứng cọỹng do caớ hai loaỷi haỷt taới laỡ:

J =J
n
+
J
p
(1.21)

Tổỡ (1.19) dóự thỏỳy rũng õọỹ dỏựn õióỷn:

= q(n
à
n
+
pà
p
) (1.22)

Hóỷ sọỳ khuóỳch taùn trong (1.19) quan hóỷ vồùi õọỹ linh õọỹng theo hóỷ thổùc Einstein

(1.23)
à
q
kT
D =

10
§1.4 Cạc âån vë cå såí ca mảch têch håüp
Cạc âån vë cå såí ca Si-based Ics l MOSFET v BJT, v ca GaAs-based ICs l MESFET. Mäüt
ỉïng dủng quan trng ca cạc tiãúp xục pn trong chãú tảo IC l dng âãø cạch ly vãư âiãûn cho nhiãưu loải pháưn
tỉí têch cỉûc. Våïi mủc âêch âọ cạc tiãúp xục pn phi âỉåüc ạp âàût thãú phán cỉûc ngỉåüc hồûc bàòng khäng. ÅÍ
chãú âäü ny chiãưu cao ro thãú s tàng khi tàng näưng âäü pha tảp.
Cạc transistor cọ thãø âỉåüc dng nhỉ cạc pháưn tỉí khúch âải hồûc chuøn mảch. Trong cáúu trục ba
låïp ca BJT-transistor, låïp base (låïp giỉỵa) ráút mng v âỉåüc pha tảp êt hån so våïi emitter v collector.
Vç váûy mäüt dng base ráút nh s gáy ra mäüt dng emitter-collector låïn hån nhiãưu. Mäüt BJT cạ
ch ly âiãøn
hçnh dng cho cạc mảch têch håüp âỉåüc mä t åí hçnh (1.2).


Hçnh 1.2 Mäüt âån vë npn-BJT cå bn dng cho IC.
Vç c ba cỉûc âãưu phi åí trãn bãư màût ca chip, nãn dng collector phi chy qua mäüt âỉåìng dáùn cọ
âiãûn tråí låïn trong váût liãûu pha tảp nhẻ
n
. Mäüt phỉång phạp chung âãø gim âiãûn tråí collector l dng mäüt
låïp pha tảp mảnh (n+) ngay bãn dỉåïi collector. Låïp n+ ny âỉåüc gi l låïp ngáưm (buried layer). Âãø cạch

11
ly õồn vở BJT naỡy vồùi caùc õồn vở khaùc ngổồỡi ta duỡng lồùp õóỳ p õóứ taỷo ra caùc chuyóứn tióỳp pn caùch ly. Caùc

BJT loaỷi npn õổồỹc duỡng nhióửu vỗ cọng nghóỷ chóỳ taỷo õồn giaớn hồn so vồùi pnp-BJT.
Transistor trổồỡng (FET) dổỷa trón cọng nghóỷ MOS chióỳm ổu thóỳ trong cọng nghóỷ IC, õỷc bióỷt cho
caùc IC logic. MOSFET coù thóứ laỡ kónh n hoỷc kónh p tuỡy thuọỹc vaỡo haỷt taới cho sổỷ dỏựn õióỷn laỡ n hay p. Vỗ
õọỹ linh õọỹng cuớa õióỷn tổớ cao hồn nhióửu so vồùi lọự trọng nón MOSFET kónh n õổồỹc duỡng nhióửu hồn. Mọỹt
lión hồỹp coù tờnh luỏn chuyóứn cuớa NMOS vaỡ PMOS õổồỹc goỹi laỡ CMOS (complimentary MOS), hỗnh ( ).
Hỗnh 1.3 Cỏỳu hỗnh CMOS õồn giaớn
Do khoù khn trong cọng nghóỷ chóỳ taỷo cỏỳu truùc MOS cho GaAs nón MESFET laỡ cỏỳu truùc cồ sồớ
cho IC trón cồ sồớ GaAs. Tuy nhión caùc MESFET-IC trón cồ sồớ GaAs coù tọỳc õọỹ cao, mỏỷt õọỹ tờch hồỹp cao
vaỡ õọỹ rọỹng vuỡ
ng cỏỳm lồùn. Mọỹt cỏỳu truùc õồn giaớn cuớa MESFET trón cồ sồớ GaAs õổồỹc mọ taớ ồớ hỗnh ().
MESFET hoaỷt õọỹng vồùi gate Schottky phỏn cổỷc ngổồỹc vaỡ caùc tióỳp xuùc Ohmic cho drain vaỡ source. óỳ laỡ
GaAs baùn õióỷn mọi do pha taỷp thờch hồỹp, chúng haỷn Cl, sao cho mổùc Fermi õổồỹc ghim ồớ gỏửn giổợa vuỡng
cỏỳm (do õoù õióỷn trồớ lồùn).

12
§1.5 Mäüt säú cå såí váût lyï linh kiãûn baïn dáùn

Nồng độ hạt tải vượt trội tại các bờ vùng điện tích không gian:
()
(
)
1
/
0
−=−=∆
kTqV
nenenn
eppxpp
(
)

(
)
1
/
0
−=−−=∆
kTqV
pepepp
ennxnn




13
Phương trình Shockley
A
L
nqD
L
pqD
I
n
pen
p
nep
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜

⎜
⎝
⎛
+=∆
0
()
(
)
2/12/1
,
nnnppp
DLDL
ττ
==


Dưới thế phân cực ngược (C-B), dòng ngược từ n to p chỉ phụ thuộc
vào tốc độ tiêm lỗ trống p được điều khiển bởi chuyển tiếp pn (Emitter-
Base) phân cực thuận.
→ Good pnp Transistor cần gần như toàn bộ lỗ trống tiêm từ Emitter
vào Base phải được góp vào Collector. → Base cần đủ mỏng sao cho
neutral length của Base W
b
nhỏ hơn nhiều so với quãng đường khuếch tán
của lỗ trống (không xảy ra tái hợp trong vùng Base). Đồng thời dòng điện

14
tử từ Base đến Emitter phải nhỏ hơn nhiều so với dòng lỗ trống từ E đến B.
→Pha tạp miền B thấp hơn miền E (p
+

n Emitter junction).
Các đại lượng quyết định tính năng của một BJT: hiệu suất tiêm
Emitter, hệ số truyền đạt dòng, hệ số khuếch đại dòng base-collector.
α
α
β
γα
γ
−
=≡
==≡
+
≡
1

C
CCC
B
EpEpE
Ep
E
EpEn
Ep
I
I
I
I
I
I
I

I
I
I
II
I

• Chỉ cần giải phương trình trung hoà cho miền Base vì các dòng
được xác định bởi đặc trưng của hạt tải trong 2 miền chuyển
tiếp quanh Base.
• Khi các thế phân cực lớn và Emitter pha tạp mạnh thì:
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=
⎟
⎟

⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=
p
b
E
p
b
C
p
b
B
L
W
aI
L
W
aI
L
W
aI
coth
csch

2
tanh

1
1
1

15

()
1,
/
1
−=∆
∆
=
kTqV
Bep
p
pp
EB
E
E
ep
L
qAD
a
L
p
là chiều dài khuếch tán trong miền Base và p
Be
là nồng độ lỗ trống
cân bằng trong miền Base.

• Ba yếu tố quan trọng:
- Thế phân cực (số hạng exp(qV/kT)
- Các dòng Emitter và Collector được xác định bởi gradient
nồng độ hạt tải không cơ bản tại biên của chuyển tiếp.
- Dòng Base bằng hiệu dòng Emitter và Collector
Cấu trúc MIS: đặc biệt quan trọng cho digital ICs.

16