CC BY
7Разработка управляемых выпрямителей.
Вариант микроэлектронной реализации управляемого выпрямителя. Исследованный макет (см. рис.1) может быть реализован в виде интегральной микросхемы. Схема, показанная на рис.4, является развитием схемы рассматриваемого макета.
Вход
ton
VT1 "XJT
=bC1
I R2
VT2
VT3
Нагрузка
'VD1
■VD2
VT4
Общий
Рис.4. Вариант микроэлектронной реализации управляемого выпрямителя на основе БСИТ
В данном макете резистор R3 отсутствует, требуемая величина тока коллектора VT4 достигается выбором отношения токов насыщения транзисторов VT3 и VT4. Источник тока I1 может иметь различную природу, например это может быть резистор или источник тока на биполярных транзисторах. Конденсатор C1 может подключаться извне или быть в составе микросхемы. При проектировании управляемого выпрямителя также желательно увеличить рабочее обратное напряжение база-эмиттер БСИТ.
На основе оптимизации технологических процессов очистки поверхности пластин, диффузии бора, диффузии фосфора из твердого планарного источника, процесса пиро-генного окисления, процессов получения и травления пленки нитрида кремния, металлизации обратной стороны формируемых структур разработан технологический маршрут изготовления структур, состоящий из 70 основных технологических операций. Одна из особенностей технологического маршрута - оптимальный процесс металлизации обратной стороны интегральной структуры. Металлизация обратной стороны интегральной структуры известными способами может привести к некачественной посадке кристалла на основание корпуса и потере процента выхода годных изделий. В процессе работы выбрана оптимальная технология металлизации, состоящая из последовательного напыления четырех слоев (хром-никель-олово-серебро) в едином технологическом цикле и обеспечивающая качественную посадку кристалла на основание корпуса, а также увеличение процента выхода годных изделий на 5-6% [8, 9].
В результате проведенных измерений характеристик макета управляемого выпрямителя на основе БСИТ КТ698И с пропорционально-насыщенным управлением установлена работоспособность макета при входном напряжении от 2,0 В на частоте до 750 кГц. Коэффициент полезного действия исследованных макетов при средних плотностях тока достигает 90%, а эквивалентное падение напряжения достигает 100-200 мВ.
Предложенный критерий - эквивалентное падение напряжения управляемого выпрямителя, равное падению напряжения на выпрямительном элементе, выделяющем при равном среднем выходном токе равную тепловую мощность, удобен для оценки энергетической эффективности использования управляемых выпрямителей по сравнению с диодами в зависимости от выходного тока и выходного напряжения.
Литература
1. Байтурсунов В., Иванов В., Панфилов Д. Повышение КПД понижающих конвертеров при синхронном выпрямлении // ChipNews - 1999. - № 2. - С. 2-10.
2. IR1176. Synchronous Rectifier Driver [Электронный ресурс]. - URL: http://www.platan.ru/pdf/1dist/ir/ir1176.pdf / - 10.11.2008.
3. SG6203 Synchronous Rectifier Controller for Flyback Converter [Электронный ресурс]. - URL: http://www.fairchildsemi.com/ds/ SG/SG6203.pdf / - 10.11.2008.
А.Р.Шахмаева, Ф.И.Букашев
4. А1 124565 SU МПК6 Н02М7/217. Управляемый выпрямитель на полупроводниковых триодах / К.П.Нефедов. - № 601528. - Опубл. 1959.
5. А1 1612362 SU МПК5 Н02М7/217. Преобразователь переменного напряжения в постоянное / Д.В.Игумнов, В.А.Масловский, И.С.Громов. - № 4638572. - Опубл. 1990.
6. Свидетельство на полезную модель РФ № 25818. Преобразователь переменного напряжения в постоянное / Ф.И.Букашев, Р.В.Петров, А.Ю.Смирнов. - № 200 2107569/20. - Опубл. 2002.
7. Букашев Ф.И., Фомин О.Г., Байбузов А.В., Смирнов А.Ю. Биполярные транзисторы со статической индукцией с пропорционально-насыщенным управлением в устройствах силовой электроники // Вестник Новг. гос. ун-та. - 2006. - № 39. - С. 5-8.
8. Шахмаева А.Р., Шангереева Б.А., Алиев Ш.Д. Биполярные со статической индукцией транзисторы и некоторые пути совершенствования технологии их изготовления // Вестник ДНЦ РАН. - 2007. -Вып. № 27. - С. 23-25.
9. Шахмаева А.Р. Оптимизация технологии сборки биполярных транзисторов со статической индукцией // Петербургский журнал электроники. - 2007. - № 3. - С. 68-71.
Статья поступила 25 мая 2009 г.
Шахмаева Айшат Расуловна - кандидат технических наук, декан ФПКиП, доцент кафедры вычислительной техники Дагестанского государственного технического университета. Область научных интересов: технология полупроводниковых приборов и ИМС.
Букашев Федор Игоревич - соискатель, кафедра проектирования и технологии радиоаппаратуры НовГУ. Область научных интересов: аналоговая схемотехника, системы автоматизированного схемотехнического проектирования, разработка моделей приборов и систем. E-mail: boukachev@gmail.com
Издательско-полиграфический комплекс Московского государственного института электронной техники
информирует
Вышло в свет учебное пособие
Лялин К.С., Приходько Д.В. Электродинамика СВЧ. - М.: МИЭТ, 2009.
К.С. Ляля нг Д.В. Приходько Электродинамика СВЧ
Часть 1 Учсйнос н ootftae
Москва 21909
В учебном пособии отражена тематика лекционного курса "Электродинамика СВЧ", читаемого для студентов дневного отделения факультета МП и ТК МИЭТ. Изложены основы классической электродинамики сплошных сред и распространения радиоволн в природных условиях, электродинамики линий передачи, даны азы теории СВЧ-цепей.
Предназначено для студентов факультета МП и ТК, а также для студентов вечернего факультета, обучающихся по специальности 20.16.00 "Радиоэлектронные системы".
ISBN 978-5-7256-0533-4 Формат 60 х 84 1/16, ^ объем 192 е.: ил.
УДК 621.382
Моделирование электрических параметров каналов кремниевых МОП-транзисторов на деформированной подложке
В.В. Филиппов Липецкий государственный педагогический университет
Б.К.Петров, Ю.М.Мяснянкин Воронежский государственный университет
Рассмотрено влияние деформации на электрофизические параметры кремниевых слоистых структур. Учтено влияние отношения толщин пленки кремния и подложки германия на смещение энергетических зон и изменение подвижности свободных носителей зарядов. Получено и проанализировано распределение потенциала в области анизотропного канала МОП-транзистора. Показано, что сопротивление напряженного кремниевого канала полевого транзистора в открытом состоянии определяется не только его размерами и электрофизическими параметрами, но и толщиной деформированной подложки, а также размерами токовых контактов.
В современной электронике широкое распространение получили различного типа пленки на диэлектрических или полупроводниковых подложках. Особый интерес у исследователей вызывают напряженные полупроводниковые слоистые структуры [1, 2], что обусловлено возможностью управлять широким спектром физических свойств пленки изменением величины деформации и толщин контактирующих полупроводников.
В настоящее время в полупроводниковой микро- и наноэлектронике все больше используются пленки растянутого кремния на германиевой подложке [1, 2]. Несоответ-
o o
ствие постоянных решеток пленки и подложки (aSi = 5,431 A, aGe = 5,658 A) вызывает деформации растяжения в кремнии и значительные изменения электрофизических свойств напряженных кремниевых каналов в МОП-транзисторах. На данный момент в литературе отсутствует достаточно полная модель, описывающая влияние деформации растяжения в кремнии на проводимость канала в МОП-структурах.
В настоящей работе вычислены величины механических напряжений в слоистых полупроводниковых структурах, изучено влияние деформации на электронный спектр, концентрацию и подвижность носителей заряда в кристаллическом кремнии на германиевой подложке, выполнено моделирование электрического поля в анизотропном канале МОП-транзистора.
Расчет деформаций в пленках на подложке. Кристаллическая решетка большинства полупроводников обладает кубической симметрией. Если полупроводник подвергнут действию деформации, то его симметрия в общем случае понижается и спектр электронов изменяется [3, 4]. Для малых деформаций тензор деформации sik равен:
_ 1 (dui + duk ) 1 2 dxk dxi
где ui - составляющая вектора смещения точки кристаллической решетки при деформации.
© В.В.Филиппов, Б.К.Петров, Ю.М.Мяснянкин, 2009
В.В. Филиппов, Б.К.Петров, Ю.М.Мяснянкин
Определим величины деформаций в слоистой структуре из N слоев. В рассматриваемом случае слоистая полупроводниковая структура образуется путем сращивания по направлению [001]. Будем считать, что деформации в каждой пленке однородны по всей ее толщине. Ввиду несоответствия постоянных решеток слоев возникают напряжения. Симметрия кристалла понижается и необходимо вводить два параметра решетки. Постоянные решеток в направлениях [100], [010] обозначим ап (общую для всех слоев), в направлении [001] - а± г (различную в каждом слое).
Условие равновесия механических напряжений дает следующее равенство:
N
IТ = 0,
г=1
где тг - механическое напряжение в г-м слое на единицу толщины.
Согласно теории упругости [5] величина механического напряжения в однородной кристаллической пленке с первоначальной постоянной решетки аг и толщиной кг определяется выражением
тг = ХгЛ
К - аг)
а
Хг = ^ 1 -V,
где Ег и V, - модуль Юнга и коэффициент Пуассона соответственно.
Отсюда получаем следующие выражения для постоянных решеток пленки вдоль плоскости контакта ап и перпендикулярной ей а±г:
атт =
N
ЕХгЛ
г =1
(
II " N
ХгЛ
а± г = аг +
2у,
1 -V,
~ аг
N
!ХгЛ
а -
г=1
г N
I
хЛ
г=1 аг У
Величины относительных деформаций в каждом из слоев определяются равенствами:
(^г )12 = )23 = (^г )13 = 0, & )11 = & )22 =
ап - аг
аг
(^г)33 =
а± - аг
аг
(1)
В случае пленки на подложке Ое -[100] (рис.1) выражения (1), определяющие деформацию в пленке кремния, удобно представить в виде
)ц = ^22 =
Рис.1. Пленка кристаллического кремния на деформированной подложке германия
(% )33 = 1
аОе аН1
2Vsi аГе - а,
ЛОе
Si
- VSi аSi +^аОе
Здесь безразмерный параметр Е, определяется соотношением механических свойств (Esi = 130 ГПа, Уа = 0,28; ЕОе = 103 ГПа, уОе = 0,26) и толщин (И1 и к2) контактирую-
щих полупроводниковых пленок:
£= ESi 1 Ое
ЕОе 1 -VSi к2
Моделирование электрических параметров каналов.
Необходимо отметить, что в случае к2 >> к1 величины деформаций определя-
Е
0,035 0,03 0,025 0,02 0,015 0,01 0,005
£1 I. -
и
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 И2/И1
Зависимости относительных деформаций пленки кремния на германиевой подложке в плоскости контакта пленки с подложкой и перпендикулярной ей
ются только упругими константами кремния и разницей постоянных решеток кубических кристаллов пленки и подложки.
На рис.2 показаны зависимости величин деформаций от отношения толщин подложки и пленки кремния. В направлениях [100], [010] величина относительной деформации вп положительна (пленка растя- Рис.2. нута), в направлении [001] деформация в± отрицательна (пленка сжата). Видно, что наибольшее изменение параметра постоянной решетки происходит при 0 < к2/к1 < 10, поэтому при дальнейших вычислениях рассматривается только данный интервал.
Расчет электрических свойств напряженных пленок кремния. Изменение спектра электронов в деформированном кристалле кремния согласно теории возмущений определяется следующим образом [3, 4]:
АЕ = ^(£11 + £22 + £33) + Еи.
Константа Е^ характеризует влияние всестороннего сжатия, а Еи - одноосной деформации (для кристаллического кремния при Т = 300 К = -5,2 эВ, Еи = 8,5 эВ).
В кремнии энергетические минимумы зоны проводимости расположены по направлениям [100], [010] и [001] и их смещения под действием деформации определяются равенствами:
А£1[100] = ^ А + Еи вп;
АЕ2 [010]= Е „ А + Еи822;
АЕ3 [001] = Е^ А + Еиб33,
где А = в11 + в22 + £33 - изменение объема при деформации.
Изменение валентной зоны под действием деформации носит сложный характер. Для рассматриваемых однородных деформаций выражение для расщепления валентной зоны представляется в виде [3, 4]
АЕУ = аА± Ь|(е п - в± )|,
где а, Ь - константы деформационного потенциала (для кристаллического кремния при Т = 300 К а = -3,9 эВ, Ь = -1,36 эВ), «+» соответствует сжатию, «-» деформации растяжения.
На рис.3 представлена рассчитанная зависимость смещения положения дна зоны проводимости и потолка валентной зоны от отношения толщин кремниевой пленки и германиевой подложки. Видно, что максимальное значение смещения
-II
АЕ, эВ
0,08 0,06
0,04
0,02
АЕУ
/'у /,' //
// // !
!
0
4
6
8 к2/к
Рис.3. Смещения дна зоны проводимости АЕ1 и потолка валентной зоны АЕУ кремния при Т = 300 К
