Исследование и разработка двухколлекторного биполярного магнитотранзистора с повышенной магниточувствительностью

• Автор: Козлов, Антон Викторович
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 228 с. : ил.

1.1. Применение датчиков магнитных полей в науке и технике.

1.2. Интеллектуальные интегральные сенсорные микросистемы, сформированные па основе КМОП процесса

1.3. Возможные преобразователи магнитного поля интеллектуальной микросистемы

1.4. Класс магнитотрапзисторов

1.5. Двухколлекторный биполярный магниточувствительный транзистор преобразователь магнитного поля интегральной микросистемы
1.6. Критерии качества двухколлскторного биполярного магниточувствительного транзистора
1.7. Физические эффекты, на которых работают ДКБМТ, и факторы, позволяющие повысить чувствительность.

1.8. Моделирование структур латерального биполярного двухколлекторного транзистора.

1.9. Выводы по первой главе и постановка задачи.

Глава 2. ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТОТРАНЗИСТОРЛ МЕТОДАМИ

ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ.

2.1. Преимущества численного моделирования перед натурным экспериментом.
2.2. Системы приборнотехнологического моделирования
2.3. Этапы моделирования и основные уравнения для магнитотранзистора
2.4. Моделирование магнитотранзистора в среде ТСАО и способ обработки полученных результатов
2.5. Выбор математической модели расчета и калибровка основных
параметров структуры транзистора.
2.6. Настройка модели
2.6.1. Тестовый кристалл ТК
2.6.2. Численное моделирование структуры ДКБМТ.
2.7. Выводы по второй главе.
Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КОНСТРУКТИВНОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ОТНОСИТЕЛЬНУЮ ТОКОВУЮ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ДКБМТ СРЕДСТВАМИ 5Е ТСЛО
3.1. Описание исходной структуры ДКБМТ, технологии изготовления, принципа и режима работы в магнитном поле и в отсутствие его, инверсия знака относительной токовой чувствительности.
3.2. Влияние дозы ионного пучка на формирование диффузионного кармана транзистора и относительную токовую чувствительность ДКБМТ.
3.3. Влияние концентрации примеси в подложке на относительную токовую чувствительность магнитотранзистора.
3.4. Влияние скорости поверхностной рекомбинации на относительную токовую чувствительность ДКБМТ
3.5. Исследование влияния расстояния эмигтеркол лектор на ВАХ и относительную токовую чувствительность магнитотранзистора
3.6. Влияние толщины подложки на относительную токовую чувствительность
3.7. Влияние положения контакта к подложке на относительную токовую чувствительность ДКБМТ
3.8. Влияние магнитного поля на дифференциальный ток
коллекторов и относительную токовую чувствительность ДКБМТ
3.9. Влияние расположение базового контакта на относительную токовую чувствительность ДКБМТ
3 Выводы по третьей главе
Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КОНСТРУКТИВНО
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НА ОТНОСИТЕЛЬНУЮ ТОКОВУЮ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ДКБМТ С ТОПОЛОГИЕЙ ЭМИТТЕРБАЗ АКОЛ ЛЕКТОР.
4.1. Описание структуры ДКБМТ.
4.2. Расчет ВАХ и относительной токовой чувствительности ДКБМТ.
4.3. Влияние дозы и энергии ионного пучка на формирование диффузионного кармана транзистора.
4.4. Влияние дозы легирования при создании р областей охраны на величину относительной токовой чувствительности транзистора
4.5. Влияние концентрации примеси в подложке на относительную токовую чувствительность магнитотранзистора.
4.6. Исследование влияния расстояния коллекторэмиттер на ВАХ и относительную токовую чувствительность магнитотранзистора
4.7. Влияние положения и размера базового контакта на относительную токовую чувствительность транзистора
4.8. Влияние расположения контакта к подложке па ВАХ и относительную токовую чувствительность транзистора
4.9. Влияние скорости поверхностной рекомбинации на относительную токовую чувствительность транзистора
4 Исследование влияния режима работы ДКБМТ патоки электродов и относительную токовую чувствительность.
4 Зависимость относительной токовой чувствительности и Ягараметра ДКБМТ от индукции магнитного поля
4 Условия возникновения и способы повышения отрицательной относительной токовой чувствительности ДКБМТ
4 Выводы по четвертой главе.
Глава 5. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ДВУХКОЛЛЕКТОРНОГО
БИПОЛЯРНОГО МАГНИТОТРАНЗИСТОРА С ПОВЫШЕННОЙ
МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЫЮСТЫО
5.1. Описание структуры, технологии изготовления и принципа действия ДКБМТ в двойном кармане
5.2. Влияние глубины кармана и толщины подложки на чувствительность транзистора
5.3. Влияние дозы легирующей примеси при формированииркармана базы и его глубины на величину относительной токовой чувствительности
5.4. Исследование влияния расстояния коллскторэмитгер ДКБМТ в двойном кармане на его ОТЧ
5.5. Влияние величины индукции магнитного поля на относительную токовую чувствительность ДКБМТ в двойном кармане
5.6. Температурная зависимость относительной токовой чувствительности ДКБМТ в двойном кармане
5.7. Изготовление тестовых кристаллов и исследование электрических характеристик ДКБМТ в двойном кармане.
5.8. Выводы по пятой главе
ВЫВОДЫ И ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Несмотря на то, что многие компоненты микросистемы могут изготавливаться как в виде отдельных дискретных элементов, так и в составе готовой схемы на едином кристалле, создание подобных магниточувствитсльных устройств требует достижения высокой надежности функционирования как полного магиитоэлектронпого устройства МЭУ, так и отдельных его компонентов, совместимости компонентов между собой, коррскгировки и дополнительной обработки выходного сигнала. Названные проблемы требуют перехода от магнитоэлектронного устройства к интеллектуальным магниточувствительным интегральным микросистемам . В связи с этим наиболее простым способом создания таких устройств является проектирование ИС на кристалле, на котором таюке содержатся ДМП, а также схемы защиты от перегрузок по току и напряжению схемы фильтрации и усиления выходного сигнала ПМП, схема температурной компенсаций и многое другое. При формировании ДМП такими компонентами могут явиться, например, магниточувствитсльные и нагрузочные элементы элементы, ограничивающие ток вИС. Развитие отечественной и зарубежной микроэлектроники и существующих технологий по созданию простых и сложных ИС позволяет сделать заключение о том, что с начала х годов наиболее бурно развивающимся глобальным научнотехническим направлением является микросисгемная техника . Интегральные интеллектуальные магниточувствитсльные микросистемы это кристаллы, содержащие совокупно ИС, сенсоры и акпоаторы, а также мощные элементы и интеллскгуальные компоненты схемы управления и самозащиты ДМП. Основной особенностью интеллектуальных микросистем является наличие интеллектуальной части схемы, которая позволяет не только управлять магниточувствительиой схемой и обеспечивать преобразование выходного сигнала датчика ноля, но также защищать датчик от перегрева и перегрузки по току и напряжению. Микросистемная техника на основе кремниевой технологии настолько себя зарекомендовала, что п последнее время активно развивающимися устройствами стали микросистемы, работающие на ультрафиолетовом излучении, в основе которых лежат ультрафиолетовые датчики микросистемы с датчиками расхода потоков жидкости и газа микросистемы, содержащие датчики давления и ускорения микросистемы на основе преобразователей магнитного поля 2. Среди отечественных научных учреждений, где проводятся интенсивные исследования преобразователей магнитного поля, а также разработка микросистем на них, можно выделить МИЭТ и НПК Технологический Центр ,,, ОГУ, СПЭТИ, ВНИИЭП и др. Использование микросистем для измерения параметров магнитного поля позволит уменьшить размеры готового устройства, снизить себестоимость изделия, повысить его надежность. Это лишь немногие доводы в пользу микросистем. Создание микросистемы это процесс тяжелый, дорогой и порой не отработанный, поэтому качество готовой микросистемы напрямую зависит от уровня технологии, существующих технологических базисов и квалификации инженеров. ИС . Дополнительно также могут быть реализованы схемы усиления и фильтрации сигнала, направленные на улучшение чувствительности микросистемы при прецизионных измерениях магнитных полей. При формировании магниточувствительной микросистемы требуется, чтобы все элементы заданной микросистемы создавались с помощью единого технологического процесса. Такое объединение позволяет повысить надежность ИС и снизить стоимость разрабатываемого изделия. Рис. Основными элементами кремниевой микросистемы могут являться концентратор магнитного поля, преобразователь магнитного поля, согласующий каскад, усилитель, пороговое устройство, усилитель мощности, схема управления, стабилизатор режимов работы, фильтр выходного сигнала, каскад защиты от перегрузок по току и напряжению. Магнитная система формирует магнитный поток в соответствие с назначением устройства иили обеспечивает защиту ПМГ1 от воздействия посторонних магнитных полей. Преобразователь магнитного поля осуществляет преобразование поля в выходной сигнал магниточувствительного элемента. Согласующий каскад обеспечивает оптимальное согласование ПМП с выходом электронного тракта устройства иили предварительное усиление сигнала ПМП. Усилитель осуществляет дальнейшее усиление сигнала и его предварительную обработку фильтрацию, обеспечение заданной полосы пропускания и т. Пороговое устройство осуществляет дискриминацию уровня сигнала формирование сигнала с прямоугольными фронтами.