Grup WA Devais Mikroelektronika

Grup WA Devais Mikroelektronika – Mikroelektronika adalah subdivisi bidang elektronik yang berurusan dengan elemen yang sangat kecil dan mikroskopis untuk memproduksi komponen elektronik.

Mikroelektronika telah berkembang pesat sebagai yang paling lapangan di-permintaan elektronik karena permintaan yang semakin meningkat untuk peralatan murah dan ringan. Mikroelektronika adalah bidang dalam elektronik yang memanfaatkan komponen kecil, atau mikro, untuk memproduksi elektronik.

Sebagai permintaan untuk perangkat kecil dan lebih murah tumbuh, lapangan terus berkembang. Bidang utama fokus umumnya penelitian, kehandalan dan pembuatan. Bahan semikonduktor seperti silikon dan grafit adalah elemen yang paling umum digunakan dalam pembuatan perangkat mikroelektronika.

Ini termasuk transistor, kapasitor, induktor, resistor dan dioda serta isolator dan konduktor. Peralatan dan keahlian yang digunakan dalam pembuatan perangkat mikroelektronika tidak tersedia secara luas, menyebabkan perangkat mikroelektronik umumnya lebih mahal daripada perangkat yang tidak memanfaatkan mikroelektronika.

Metode Desain Devais Mikroelektronika

Tunjukkan spesifikasi dari devais mikroelektronika.
Lakukan perhitungan dari devais sehingga spesifikasi terpenuhi. v Simulasi terhadap hasil perhitungan dengan menggunakan PISCES2B atau SUPREM3 untuk mendapatkan doping profile.
simulasi karakteristik devais menggunakan SPICE sehingga diperoleh ekstraksi model SPICE dari devais.
Bandingkan hasil perhitungan, simulasi PISCES, dan SPICE dengan spesifikasi yang diinginkan.
Pengecekan desain.
Implementasi desain.

Tahapan Desain

1. DIODA

Penentuan spesifikasi dari dioda yang meliputi :

Tegangan breakdown
Arus maksimum yang mampu dilewatkan pada dioda
Perhitungan analitik yang meliputi :

Doping yang harus digunakan, NA dan ND.
Kedalaman material tipe-n dan tipe-p: dp dan dn.
Luas kontak alumunium
Pembuatan karakteristik dioda secara analitik yang meliputi :

Karakteristik I-V
Karakteristik C-V
Karakteristik transient dioda
Simulasi karakteristik dioda dengan memasukan nilai doping profile dioda ke dalam program PISCES2B. Karakteristik dioda yang disimulasikan adalah:

Karakteristik I-V
Karakteristik C-V
Karakteristik transient dioda

2. TRANSISTOR BIPOLAR

Penentuan spesifikasi transistor bipolar yang akan dirancang yang meliputi :

Penguatan maksimum
Frekuensi cut-off v Power output
Perhitungan analitik untuk memperoleh transistor bipolar sesuai dengan spesifikasi. Informasi yang dicari adalah :

Doping yang harus digunakan: i. NDE, konsentrasi doping emitter. ii. NA, konsentrasi base. iii. NDC, konsentrasi doping collector.
Kedalaman material tipe-p dan tipe-n.
Luas kontak minimum dengan alumunium.
Untuk memperoleh performa maksimum devais pada frekuensi tinggi, digunakan kontak berbentuk sisir.
Pembuatan karakteristik transistor bipolar secara analitik yang meliputi :

Karakteristik I-V
Karakteristik C-V
Karakteristik frekuensi tinggi.
Simulasi karakteristik dengan memasukkan doping profile ke dalam program PISCES2B. Pada tahap ini diperoleh :

Karakteristik I-V
Karakteristik C-V
Karakteristik frekuensi tinggi.

3. MOSFET

Penentuan spesifikasi MOSFET yang dibutuhkan.

Transkonduktansi minimum (gmin)
Tegangan breakdown
Perhitungan analitik untuk memperoleh parameter yang dibutuhkan sesuai dengan spesifikasi.

Doping yang harus digunakan (NA dan ND)
NA = konsentrasi substrat
ND = konsentrasi drain dan source
Kedalaman material tipe-p dan tipe-n.
Luas kontak aluminium
Asumsi yang dipergunakan dalam perhitungan ini adalah jenis junction dan frekwensi cut-off.
Pembuatan karakteristik MOSFET secara analitik.

Karakteristik I-V
Karakteristik C-V
Karakteristik frekuensi tinggi.
Simulasi karakteristik dengan PISCES2B sehingga diperoleh :

Karakteristik I-V
Karakteristik C-V
Karakteristik frekuensi tinggi.

Metodologi Eksraksi Parameter SPICE

1. DIODA

a. Parameter Is

Untuk memperoleh Is dari grafik karakteristik I-V, maka kita plot grafik hingga VD = 0 volt. Besarnya arus saat ini adalah Is.

b. Parameter n

Mula-mula dicari harga VT yaitu dari daerah linear pada grafik dianggap n = 1, kemudian dicari gradien kurva karakteristik IV Gradien = n x V / VT Dari daerah grafik yang tidak linear diambil harga arus untuk tegangan tertentu dan dimasukkan dalam rumus di bawah : log I = log Is + 2,3 n.V / VT 3.

c. Parameter Rs

Parameter ini didapat dari karakteristik I-V pada daerah saturasi dengan pendekatan :

Tentukan titik arus yang diamati
Ekstrapolasi grafik
Tentukan selisih tegangan dari ekstrapolasi grafik dengan tegangan sebelumnya, sehingga didapat dV. Rs = dV / I 4. Potensial built-in y Potensial built in (ψ ) didapatkan dari persamaan: ψ = 2/3 x KT / q x [a2EsK/T / 8.q.ni3 ] 5.

d. Parameter IBV

Parameter ini ditentukan pada saat dioda mulai breakdown. IBV = Is x Bv/VT 6. Parameter Bv Parameter ini ditentukan dari grafik I-V untuk tegangan reverse.

e. Parameter CJO

Parameter ini diperoleh dari grafik hasil simulasi kapasitansi terhadap bias dc pada saat tegangan bernilai 0 volt. Semua parameter yang telah didapatkan dimasukkan ke dalam parameter SPICE untuk mendapatkan perbandingan karakteristik dioda, dengan menggunakan simulasi SPICE.

2. TRANSISTOR BIPOLAR

Parameter Is Grafik Ic-Vbe diekstrapolasi hingga mencapai titik Vbe = 0. Ekstrapolasi dimulai dari kurva Ic yang kemiringannya lurus. Harga Ie saat Vbe = 0 merupakan harga Is.
Parameter BF Parameter ini diperoleh dengan membuat garis lurus memotong kedua grafik Ic dan Ib. Didapatkan dua buah titik pada sumbu y ( Ic dan Ib) sehingga BF = Ic / Ib
Parameter RB Prosedur untuk memperoleh parameter ini adalah
- Tentukan titik yang diamati pada daerah tidak linear untuk kurva Ib
- Ekstrapolasi grafik
- Tentukan selisih tegangan sehingga diperoleh Rb = dV/I 4.
Parameter Rc Ditentukan berdasarkan grafik Ic – Vce dengan cara
- Tarik garis yang menyinggung kurva Ic-Vce
- Gradien garis tersebut merupakan 1/RC
Parameter VAF Diperoleh dari grafik Ic-Vce dengan cara :
- Tarik garis lurus untuk Ib tertentu hingga memotong sumbu Ic
- Tentukan perpotongan tadi dengan sumbu Vce. Titik perpotongan merupakan nilai VAF
Parameter CJE dan Cjc Diperoleh dengan cara ekstrapolasi grafik saat V2 = 0 volt. Nilainya merupakan kapasitansi saat V2 = 0 volt.
Paramater VJE dan VJC
- Tentukan titik saat kurva bergerak ke atas pada kurva Ic dan Ib – Vbe v Nilai Vbe untuk titik tersebut merupakan nilai parameter
Parameter NE Ditentukan dari grafik Ic – Vbe , yaitu dengan :
- Untuk daerah linear harga n = 1, kemudian dicari berapa kemiringan (slope 1)
- Untuk daerah tidak linear tentukan kemiringannya (slope 2) Maka Ne = (slope 1) / (slope 2)
Parameter Eg Nilai Eg tergantung bahan yang digunakan merupakan nilai energi gap dari bahan tersebut.
Parameter MJE dan MJC Merupakan konstanta untuk daerah deplesi pada persambungan antara basis dan emiter. Nilainya tergantung dari asumsi junction yang dipakai. MJC merupakan konstanta untuk daerah deplesi basis dan kolektor dan tergantung dari pendekatan yang digunakan.