Материал: 4w6ruoSS8h
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
–––––––––––––––––––––––––––––––––
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина)
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
В. В. ПЕРЕПЕЛОВСКИЙ Н. И. МИХАЙЛОВ В. В. МАРОЧКИН
ПРИБОРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТРАНЗИСТОРНЫХ СТРУКТУР
Электронный лабораторный практикум
2-е издание, дополненное
Санкт-Петербург Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ»
2014
УДК 621.382.323.001.57(07) ББК З 973.23 – 018.2 я7
П27
Перепеловский В. В., Михайлов Н. И., Марочкин В. В.
П27 Приборно-технологическое моделирование транзисторных структур: электрон. лаб. практикум, 2-е изд., доп. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ
«ЛЭТИ», 2014. 48 с.
ISBN 978-5-7629-1707-0
Изложены основные сведения, необходимые для развития у студентов навыков выполнения лабораторных работ с применением пакета программ
Synopsys® Sentaurus TCAD. Пакет программ Synopsys® Sentaurus TCAD
предоставляет широкие возможности для создания структур полупроводниковых устройств, а также расчета их физических характеристик и обработки результатов моделирования. Это позволяет глубже изучить теоретический материал и выработать практические навыки моделирования базовых технологических процессов и основных характеристик транзисторных структур.
Предназначен для студентов, изучающих дисциплины «Компьютерные технологии в науке и производстве», «Компьютерные технологии в разработке электронных устройств», «Твердотельная электроника» в рамках направления «Электроника и микроэлектроника» по магистерским программам «Физическая электроника» и «Микроволновая и телекоммуникационная электроника».
УДК 621.382.323.001.57(07) ББК З 973.23 – 018.2 я7
Рецензенты: кафедра приборостроения и наноэлектроники Сибирского федерального университета; проф. В. Д. Байков (Дюссельдорфский университет).
Утверждено редакционно-издательским советом университета
в качестве электронного учебного пособия
ISBN 978-5-7629-1707-0 |
© СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2014 |
2
I. МОДЕЛИРОВАНИЕ ТРАНЗИСТОРНЫХ СТРУКТУР
Лабораторная работа 1
ИССЛЕДОВАНИЕ ВАХ И ЧАСТОТЫ ОТСЕЧКИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ СВОЙСТВ БУФЕРНОГО СЛОЯ ПТШ
Цель работы: исследование характеристик полевого транзистора Шотки (ПТШ) с буферным слоем из AlGaAs в специализированном пакете Synopsys Sentaurus TCAD в зависимости от свойств буферного слоя.
1.1. Основные положения
Буферный слой в полевом транзисторе Шотки обеспечивает следующие функции:
1.Препятствует проникновению свободных носителей заряда в подложку, тем самым уменьшает эффект "короткого канала".
2.Уменьшает проникновение свободных носителей заряда из подложки
встоковую часть канала.
3.Препятствует проникновению примесей из подложки в активную часть транзистора – канал.
|
|
1.2. Структура моделируемого транзистора |
|||||
(0; –1) |
(2.5; –1) |
(5.85; –1) |
(6.15; –1) |
(10.5; –1) |
|
(13; –1) |
|
Исток |
|
|
Затвор. Материал Al |
Сток |
Высоколе- |
||
(0; 0) |
×1013 см−3 |
|
|
n+ -GaAs |
|||
|
|
|
|||||
(0; 0.09) n = 2 |
|
Vacuum |
гированный |
||||
|
|
|
|
|
|
слой |
|
n = Nd |
(5; 0.23) |
|
(8; 0.23) |
|
Активный |
||
(0; 0.32) |
|
|
|
|
n-GaAs |
|
слой |
|
|
|
|
|
|
|
|
p = Na |
|
|
|
p-AlxGa( |
)As |
|
|
|
|
|
|
|
1− x |
|
Буферный |
(0; 0.52) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
слой |
|
p = Na |
|
|
|
p-GaAs |
|
||
|
|
|
|
|
|||
(0; 0.72) |
|
|
|
|
|
|
(13; 0.72) |
|
|
Рис. 1.1. Структура моделируемого транзистора |
|
||||
1.3.Задания
1.В программе Synopsys Sentaurus Structure Editor создать структуру мо-
делируемого транзистора (рис. 1.1). Концентрация акцепторной примеси Na и
доля Al в материале AlGaAs задаётся преподавателем (различные для нескольких рабочих станций).
3
2. Применив гидродинамическую модель, рассчитать структуру в про-
грамме Synopsys Sentaurus Device.
3.Построить вольт-амперную характеристику (ВАХ) полевого транзистора Шотки для напряжения на затворе, которое задано преподавателем в лабораторной работе 2.
4.Построить распределение электростатического потенциала, электрического поля, концентрации свободных электронов полевого транзистора Шотки.
5.Построить график зависимости частоты отсечки от напряжения на за-
творе.
6.Подробно сравнить результаты моделирования ПТШ с буферным слоем с результатами моделирования ПТШ без буферного слоя. Обратить внимание, что для сравнения все характеристики ПТШ (за исключением наличия буферного слоя) должны быть идентичны. Результаты для ПТШ без буферного слоя взять из лабораторной работы 2.
7.Подробно сравнить результаты моделирования ПТШ с различными характеристиками буферного слоя. Обратить внимание, что для сравнения все характеристики ПТШ (за исключением характеристик буферного слоя) должны быть идентичны. Результаты для ПТШ с другими буферными слоями взять у студентов своей группы.
8.Индивидуальные задания:
∙Включить эффекты квантования в классическую модель, используя модель ван Дорта и параметр eQCvanDort соответственно. Привести описание модели ван Дорта. Провести численное моделирование короткозавтворного транзистора.
∙Исследовать влияние параметров модели генерации и рекомбинации носителей заряда Recombination на результаты моделирования ПТШ.
1.4.Порядок выполнения работы
1.Создание структуры
Задаём геометрические размеры прибора
∙ Задаём геометрические размеры контактов:
1.1.Для моделирования контакта затвора из списка материалов выбира-
ем Aluminum. Рисуем Rectangular Region с координатами (5.75; 0.23) и (6.25; –1). Присваиваем имя, например, region_gate.
1.2.Для моделирования контакта истока выбираем в меню Edit -> 2D Edit Tools -> Add Vertex. Рисуем точку, вводим координаты (2.5; 0) (зададим потом плоский контакт, чтобы не тратить время на вычисления).
4
1.3. Для моделирования контакта стока рисуем точку, вводим координа-
ты (10.5; 0).
∙ Формируем контакты:
1.4.В меню выбираем Contact -> Contact Sets.
1.5.В поле Contact Name появившегося окна вводим имя source и нажимаем Set. Повторяем то же самое для имён gate и drain, после чего нажимаем Close.
1.6.В меню выбираем кнопку Aperture Select (белая
стрелочка).
1.7.В выпадающем меню Selection Type выбираем Select Edge, а в выпадающем меню Contact Sets выбираем source. Затем кликаем мышью по краю между точкой (0; 0) и (0; 2.5) (при этом он выделяется) и в меню выбираем Contacts -> Set Edge(s). Аналогично обозначаем контакт drain.
1.8.Для обозначения контакта затвора в выпадающем меню Selection Type выбираем Select Body, а в выпадающем
меню Contact Sets выбираем gate. Затем кликаем мышью по региону region_gate (при этом он выделяется) и в меню выбираем Contacts -> Set Region Boundary Edges. Затем опять кликаем мышью по региону region_gate (выде-
ляем его) и в меню выбираем Edit -> 2D Edit Tools -> Delete Region. Вид структуры показан на рис. 1.2.
Рис. 1.2. Вид структуры с заданными контактами
∙ Задаём профили легирования:
1.9. Для задания профиля легирования в меню выбираем Device -> Constant Profile Placement. В этом окне необходимо создать профили легирования для каждого слоя. Если, допустим, концентрация доноров Nd = 1016 cм–3 , то в поле
Species необходимо выбрать DopingConcentration и в поле Concentration ввести
5