TCAD를 이용한 BJT 공정 설계 및 특성 개선

소개

실바코사의 TCAD를 이용하여 BJT를 설계하는 과제입니다.
총 110p의 방대한 분량이며,
E,B,C,BL,Epi,Sub depth 등의 다양한 변수를 변화해가며 BJT의 동작특성을 분석하였습니다.
조원 모두 A+을 받을 만큼 확실한 자료입니다.

- BJT 구조를 설계하고 제작
1) 적절한 doping schedule에 의해 emitter, base, collector 설계
2) 제작한 BJT 각 영역에서의 doping profile 및 juntion depth 도시
3) Transistor의 출력 특성을 파악할 수 있는 정량적 분석
- (예 : CB, CE의 출력 특성, CB, CE의 current gain, emitter efficiency 등등)

1) 수업시간에 사용하던 기본 프로그램을 이용
: 수업시간에 배운 T-CAD 프로그램 중, 사용한 프로그램인 ATLAS, ATHENA, TONYPLOT을 사용하여 BJT를 설계, 분석 및 결과값을 그래프로 도출 해보고,
요구하는 설계 제한 요소에 맞게 제작 되었는지 확인 해 본다.
2) CB current gain이 90 이상이 되도록 설계
: BJT에서 Collector와 Base 사이의 Gain이 90이상 나오도록 설계한다.
이를 위해서, 처음 base 영역 diffusion 되는 양과 epitaxy층의 농도 및 두께,
그리고 Emitter의 도핑농도와 Collector의 도핑농도도 같이 조절하여 Base를 통하
여 Collector로 향하는 전류의 양을 제어한다.
3) 반드시 buried _badtags가 있어야 함
: p-type 기판에서 n+을 dopping 한후, epitaxy 공정을 통한 n-층의 low doping
을 함으로서 고온의 공정 과정을 통한 n+ 층의 확산으로 생기는 buried _badtags
를 BJT내부에 반드시 존재하도록 설계한다. 이는 BJT를 제작하면서 Common
Base Current Gain(β)을 증가시켜줌으로써, Buried _badtags의 낮은 저항을 통해
Collector에서 Base 로 전류가 원활히 흐를 수 있도록 도와주는 역할을 한다.

목차

1. Sketch

2. Purpose of design

3. Necessity of design

4. Basic Theory about BJT
- About BJT(Bipolar Junction Transistor)
- Operating Theory of BJT
- BJT`s Three Operating mode (Cut-off, Active, Saturation)
- About BJT`s Performance Characteristics

5. Design Method
- Design Components
- Design Method
- Set Designing direction
- Set T-CAD Design Plan

6. Design Result
- Design`s order of priority
- T-CAD Designing Process & Result (for 7 steps)
- Trial and Error
- Selective doping in Base region
- Change of Buried _badtags`s "Doping Concenctration" & "Implant Energy"
- Total Comprehensive result about changing variables of buried _badtags
- Change of Epitaxy _badtags`s
"Thickness" & "Doping Concenctration" & "Deposition Time"
- Total Comprehensive result about changing variables of Epitaxy _badtags
- Change of Base region`s "Doping Concentration (Implant & Diff) &
"Implant energy" & "Diff Temp+Time" & "Drive-in Time+Temp"
- Total Comprehensive result about changing variables of Base region
- Change of Emitter region`s "Doping Concentration" & "Diff Time+Temp"
- Total Comprehensive result about changing variables of Emitter region
- Change of Collector region`s "Doping Concentration" & "Diff Time+Temp"
- Total Comprehensive result about changing variables of Collector region

7. Final Result & Content analysis
- Final BJT Image from T-CAD ATHENA
- Find Each region`s Doping Concentration
- Final BJT Image from T-CAD ATLAS
- Find α(common base current gain),β(common emitter current gain)
γ(emitter injection efficiency), αT(Base transfer factor)
- Common Emitter Mode / Common Base Mode

8. Conclusion & Consideration

9. Deckbuild Code

본문내용

사용 프로그램
T-CAD (Atals, Athena, Tonyplot)
설계 주제
T-CAD를 사용한 BJT(Bipolar Junction Transistor)구조 설계 및 분석
설계 내용
- BJT 구조를 설계하고 제작
1) 적절한 doping schedule에 의해 emitter, base, collector 설계
2) 제작한 BJT 각 영역에서의 doping profile 및 juntion depth 도시
3) Transistor의 출력 특성을 파악할 수 있는 정량적 분석
- (예 : CB, CE의 출력 특성, CB, CE의 current gain, emitter efficiency 등등)
설계 조건 및
제한요소
1) 수업시간에 사용하던 기본 프로그램을 이용
: 수업시간에 배운 T-CAD 프로그램 중, 사용한 프로그램인 ATLAS, ATHENA, TONYPLOT을 사용하여 BJT를 설계, 분석 및 결과값을 그래프로 도출 해보고,
요구하는 설계 제한 요소에 맞게 제작 되었는지 확인 해 본다.
2) CB current gain이 90 이상이 되도록 설계
: BJT에서 Collector와 Base 사이의 Gain이 90이상 나오도록 설계한다.
이를 위해서, 처음 base 영역 diffusion 되는 양과 epitaxy층의 농도 및 두께,
그리고 Emitter의 도핑농도와 Collector의 도핑농도도 같이 조절하여 Base를 통하
여 Collector로 향하는 전류의 양을 제어한다.

<중 략>

solve vemitter=0
solve vsubstrate=0
save outfile=vb2.str

solve Vbase=2.0
solve vemitter=0
solve vsubstrate=0
save outfile=vb3.str

load infile=vb1.str master
log outfile=idvd1.log
solve vcollector=0.1 vstep=0.25 vfinal=3.0 name=collector
log off

load infile=vb2.str master
log outfile=idvd2.log
solve vcollector=0.1 vstep=0.25 vfinal=3.0 name=collector
log off

참고자료

· 없음