[반도체공정설계] Silvaco사의 T-CAD를 이용한 BJT설계 (Bipolar Junction Transistor)

1. 설계 주제
Process Simulator ATHENA왿� Device Simulator ATLAS를 이용하여 BJT설계한다.
BJT소자에 대한 이해를 바탕으로 npn BJT 공정을 통해서 CB 및 CE mode output 특성을 확인한다.
2. 설계 제한요건
- 결과 구조물에 대해 설계 결과(doping profile)
- CB 및 CE mode에서 output 특성 제시 및 차이
- 수업시간에 진행한 공정으로 설계
- 그 외 다른 제한 조건 없음
3. 배경이론
1) BJT(Bipolar Junction Transistor)
다수 캐리어왿� 소수캐리어가 공존하며 전자왿� hole 이 함께 전류를 만들기 때문에 Bipolar 트랜지스터라고 한다. 구조는 Emitter, Base, Collector로 구성되며 NPN형과 PNP 형의 두종류가 존재한다. 입력저항이 작은 것이 특징인데 이는 순방향 바이어스일 때 사용하기 때문이다. FET왿�는 다르게 offset 전압이 0.7V 정도로 있다. 작은 전류에서 사용되며 출력 전류는 입력 전류에 의해서 제어된다 , 즉 transconductance 가 크고 주파수 대역폭이 크며 열에 민감한 단점이 있다.
이미터-베이스 접합




2. 고찰
CE 출력 특성에서 전압이 0V 일때 전류가 작은 음의 전류 값이 나온 것은, 시뮬레이션에서 전극에 가해준 전압은 실제 Depletion에 가해지는 전압과는 차이가 있다. 우리가 알고 있는 이상적인 - 곡선특성은 Depletion 영역에 가해준 전압을 기준으로 하기 때문에 실제 이상적인 곡선은 얻지 못했다. 하지만 베이스 전압이 증가할 때 전체전인 전류가 증가하는 특성을 확인할 수 있었다. CE 출력 특성에서, 가 증가시 컬렉터 - 베이스 접합에 역바이어스 전압을 증가시키게 되고 그래서 접합의 공핍 역역의 폭이 증가하게 된다 이것은 실효베이스 폭 W의 감소를 초래한다. 가 W에 반비례하기 때문에 가 증가하게 되고 또한 비례하여 증가하는 Early Effect가 발생한다. 이 또한 확인 할 수 있었다.
CB 출력 특성에서는 양의 전압에서 BJT가 Active 영역에 동작하여 가 일정하고, 가 음의 전압 -0.4~0.5 정도에서 Saturation이 일어나 가 감소하는 특성을 나타낸다. 시뮬레이션 결과에서는 그 음의 전압이 다소 크게 나타났지만 이 또한 Depletion영역에 걸리는 실제 전압과 전극에 가해준 전압의 차이가 있기 때문이라고 여겨진다.
Ⅲ. 최종결과