0.25um BCD 製程之BJT元件直流特性分析｜國立清華大學博碩士論文庫

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研究生：	李建融 Jian-Rong Li
論文名稱：	0.25um BCD 製程之BJT元件直流特性分析 The DC Characteristic Analysis of 0.25um BCD Process BJT Devices
指導教授：	龔正 J.Gong
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	電機資訊學院 - 電子工程研究所 Institute of Electronics Engineering
論文出版年：	2007
畢業學年度：	95
語文別：	中文
論文頁數：	111
中文關鍵詞：	雙極性接面電晶體、直流特性、BCD 、IB曲線
外文關鍵詞：	BJT, DC Characteristic, BCD, IB curve
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所謂的BCD製程技術，即是將Bipolar、CMOS及DMOS等電晶體元件整合於單一晶片中，可形成所謂智慧型功率積體電路(Smart Power ICs)的製程技術，而其中的Bipolar元件主要功用為提供此電路所需的高頻與高驅動電流等功能。本篇論文的主要目的即是在探討0.25um BCD製程中BJT元件之直流特性。一方面先量測分析實際BJT元件的直流特性；另一方面則是以軟體來模擬探討BJT元件的內部電性。並且研究Gummel Plot上在較小VBE偏壓值時，IB曲線出現向下尖突之原因。希望藉由瞭解BJT元件在各種直流特性上的表現與成因，來改善其特性，進而提高整體功率積體電路之性能。

The so-called BCD process technology is to integrate transistor devices, such as Bipolar, CMOS and LDMOS, into one chip so as to form a Smart Power integrated circuit. And the main function of a Bipolar device is to provide high-frequency and high-drive current to meet the needs of the circuit. The purpose of the paper is to discuss the DC characteristic of a BJT device in 0.25um BCD process. On the one hand, we measure and analyze the DC characteristic of an actual BJT device; on the other hand, we use the software to stimulate and explore the internal electrical properties of a BJT device. Furthermore, we analyze the reasons of a downward peak in the IB curve when there is a lower VBE bias on the Gummel plot. It is our hope that by understanding the performance and cause of the DC characteristics of BJT device, we can improve its properties, and moreover, advance the entire performance of power integrated circuits.

摘要                                                                І
目錄                                                                Ш
第一章  前言                                                        1
第二章  BCD製程簡介與BJT元件之基本物理特性回顧                2
1  BCD製程簡介                                                2
2  雙極性電晶體工作原理                                    4
2.1  電晶體結構                                        4
2.2  操作模式                                            5
2.3  電流增益                                            5
2.4  主動模式下理想電晶體電流                        7
3  不理想的效應                                            9
3.1  基極寬度調變                                        9
3.2  高注入效應                                        10
3.3  電流擁擠效應                                        11
3.4  崩潰電壓                                            12
4  內部阻抗之萃取                                            15
4.1  射極內部阻抗RE                                    15
4.2  集極內部阻抗RC                                    16

第三章  0.25um BCD製程 BJT之直流特性量測                        26
1  0.25um BCD製程之BJT元件結構                            26
2  BJT元件之直流特性                                        27
2.1  Gummel Plot特性曲線圖與歸一化                    27
2.2  β- VBE之特性曲線圖                                27
2.3  IC-VCE之特性曲線圖                                27
2.4  開路崩潰電壓                                        28
2.4.1  射極開路崩潰電壓BVCBO                    28
2.4.2  集極開路崩潰電壓BVCEO                    28
3  BJT元件內部串連電阻之萃取                            30
3.1  RE之萃取                                            30
3.2  RC之萃取                                            30
4  射極長度(LE)對BJT元件直流特性之影響                    31
4.1  Gummel Plot 特性曲線圖                            31
4.2  β-VBE之特性曲線圖                                31
4.3  IC-VCE之特性曲線圖                                32
4.4  開路崩潰電壓                                        32
4.4.1  射極開路崩潰電壓BVCBO                    32
4.4.2  集極開路崩潰電壓BVCEO                    32
4.5  RE之萃取                                            33
4.6  RC之萃取                                            33


第四章  0.25um BCD BJT之特性分析與電性模擬                    51
1  BJT元件基本直流特性之模擬                            51
1.1  Gummel Plot特性之模擬                            51
1.2  β-VBE特性之模擬                                    52
1.3  IC-VCE特性之模擬                                    52
1.4  開路崩潰電壓BVCBO與BVCEO特性之模擬            52
2  模擬與量測之比較與分析                                    54
3  射極長度對BJT元件直流特性影響之探討與分析            55
3.1  Gummel Plot特性之模擬                            55
3.2  β-VBE特性之模擬                                    56
3.3  IC-VCE特性之模擬                                    56
3.4  開路崩潰電壓BVCBO特性之模擬                    57
第五章  0.25um BCD製程 BJT 之IB特性曲線之分析                72
1  前言                                                        72
2  IB特性曲線模擬與量測之比較                            73
3  IB曲線電性模擬分析                                        74
4  IB特性曲線成因探究                                        76
4.1  IBCO                                                76
4.2  IBEO                                                77
4.3  IB(SUM)                                                77
4.4  分析討論                                            78
5  實際量測之IB曲線特性分析                                80
6  IB特性曲線與基極區各種佈局長度之關係                82
6.1  LSTI2                                                82
6.2  LB                                                 82
6.3  LSTI3                                                83
6.4  LE                                                    83
6.5  分析討論                                            83
第六章  結論                                                           109
參考資料                                                            110

                                

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全文公開日期本全文未授權公開 (校外網路)

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