TIP41C低频大功率平面晶体管芯片设计

　　0 引言

　　TIP41C是一种中压低频大功率线性开关晶体管。该器件设计的重点是它的极限参数。设计反压较高的大功率晶体管时，首先是如何提高晶体管的反压，降低集电区杂质浓度NC。但由于电阻率ρC的增大，集电区体电阻上的电压降会增大，从而使饱和压降增大到不允许的程度。而减小 NC又会使空间电荷限制效应发生，从而造成大电流β的急剧下降。为解决上述矛盾，设计时一般采用外延结构。

　　事实上，TIP41C 低频大功率平面晶体管在设计上应采用深扩散、厚基区、大面积宽电极等结构，管芯的纵向尺寸应比较厚，横向尺寸应比较宽。控制管芯面积在2×2 mm2左右时，可采用覆盖式结构设计光刻版图，这样就能尽可能增加发射区周长，满足电流要求，也能使电流分布更均匀。为此，本文给出了一种开发 T1P41/2C低频大功率平面晶体管的设计方法。

　　1 TIP41C芯片的参数要求

　　TIP41C晶体管极限参数要求如下：

　　PC：集电极功率耗散(Tc=25℃)为65 W

　　BVCEO：集电极-发射极电压为100 V

　　BVEBO：发射极-基极电压为5 V

　　IC:集电极电流为6A

　　TlP41C的直流电参数如表1所列。

　　2 TIP41C的设计计算

　　对于以上设计要求，可通过理论计算来确定TIP41C晶体管各部分的杂质浓度及结构尺寸。

　　2.1 集电结的结深和外延层电阻率的确定

　　若选取集电结结深xjc等于8μm，那么，根据BVCEO≥100 V，且，则有： 。考虑到余量的充分性，可取BVCEO等于280 V为设计目标。假设基区表面杂质浓度(硼扩)NSB为1018cm-3，而结深为8μm，那么，查表得出的外延层材料的杂质浓度NC为2×1014cm- 3，相应的电阻率ρc为24 Ω•cm。所以，可取外延材料的电阻率为25±1Ω•cm。

　　2.2 基区宽度Wb和发射结结深xje的确定

　　低频大功率晶体管的Wb、xje主要根据击穿电压和安全工作的需要来选定。图1是集电结附近的杂质分布和势垒情况，其中x1和x2分别是集电结在基区部分和集电区部分的势垒宽度，它们的总势垒宽度是δ=x1+x2。这样，在NC为2×1014cm-3、NSB为1018 cm-3、V为280 V的条件下，查表可得δ=35μm，x1/δ=0.07，此时x1为2.45μm。

　　为了保证击穿电压的要求，应尽可能的提高二次击穿耐压量，晶体管的基区宽度应大于2.45μm，但又不能太大，否则基区输运系数η会减小。从而使电流放大系数减小，因此应选择基区宽度Wb=3μm。由于集电结结深xjc=Wb+xje=8μm，因此，一般来说，发射结xje应等于基区宽度的 1.0～2.5倍。综合以上考虑，可确定基区宽度Wb为3μm，发射结结深xje为5μm。