Материал: 4w6ruoSS8h
1e + 16. Если концентрация акцепторов Nа = 1016 cм–3 , то в поле Species необ-
ходимо выбрать DopingConcentration и в поле Concentration ввести –1e + 16.
∙ Задаём сетку:
1.10. Необходимо задать области, в которых будут проводиться вычисления, а следовательно, должна быть определена сетка. Для этого в меню вы-
бираем Mesh -> Define Ref/Eval Window -> Rectangle. Рисуем прямоугольник так, чтобы он занимал всю поверхность транзистора, и задаём имя, например,
RefEvalWin_all.
1.11.Для задания размера ячейки в меню выбираем Mesh -> Refinement Placement. В поле Refinement Name вводим имя, например, RefinementPlacement_all. В поле Placement Type ставим галочку напротив Ref/Win и выбира-
ем RefEvalWin_all. В поле Refinement Definition задаем имя, например, Refinement Definition_all и размеры по x (max: 0.06; min: 0.06) и по y (max: 0.06; min: 0.06). Нажимаем Add Placement и Close.
1.12.Сохраняем проект. Выбираем в меню File -> Save Model.
1.13.Для генерирования сетки выбираем в меню Mesh -> Build Mesh.
Впоявившемся окне выбираем галочку Mesh, затем кликаем на параметр –s и, удерживая Ctrl, кликаем на –F tdr. Задаём имя и нажимаем Build Mesh. В появившемся окне нажимаем Close.
1.14.Выходим из программы. В меню выбираем File -> Exit.
2. Расчёт транзистора с применением гидродинамической модели
2.1.Из папки /home/user/templates (в неё можно зайти с помощью ярлыка "Домой" на рабочем столе) скопируйте в папку с проектом командный файл lab3_HD_RF_des.cmd и откройте его для редактирования.
2.2.В секции File параметру Grid необходимо присвоить имя файла, сге-
нерированного программой Sentaurus Structure Editor (см. 1.4, п. 1.5).
2.3.В секции Electrode необходимо задать начальные значения напряжений на электродах и барьер Шотки на затворе. В данном случае это будет выглядеть так:
Electrode {
{Name="source" Voltage= 0.0 }
{Name="drain" Voltage= 0.0 }
{Name="gate" Voltage=0.0 Schottky Barrier=0.8}
}
6
2.4. В секции Physics необходимо задать долю Al в AlGaAs:
Physics( Material= "AlGaAs" ) {
MoleFraction(xFraction=0.30 Grading=0) ----Задаётся доля Al
}
2.5.Для получения семейства ВАХ в секции Solve необходимо задать конечные значения напряжений на стоке и на затворе соответственно. Ищем комментарий "# ramp gate and save solutions:" и в строчке "Goal{ Parameter=vg.dc Voltage=-0.4 }" задаём максимальное значение напряжения на затворе, в данном случае это –0.4 В. Затем ищем комментарий "# first curve" и в строчке "Goal{ Parameter=vd.dc Voltage=3 }" задаём максимальное значение напряжения на стоке, в данном случае это 3 В. То же самое делаем под комментарием "# second curve".
2.6.Для получения графика зависимости частоты отсечки от напряжения на затворе ищем комментарий "*- AC analysis" и в строчке "Goal{ Parameter=vg.dc Voltage=-0.4 }" задаём максимальное напряжение на затворе, в данном случае изменение напряжения на затворе от 0 до –0.4 В.
2.7.Сохраняем изменения в файле и запускаем на выполнение. При этом Sentaurus Device потребуется некоторое время для того, чтобы закончить вычисления.
3. Просмотр результатов
3.1.Просмотреть ВАХ и распределения электростатического потенциала, электрического поля, концентрации электронов, подвижности электронов, температуры электронов и скорости электронов можно с помощью программы Tecplot_sv так, как это делалось в предыдущих работах.
3.2.Для просмотра графика зависимости частоты отсечки от напряжения на затворе необходимо скопировать из папки \home\user\templates файл RFX_ins.cmd. Затем, набрав в командной строке inspect, запустить программу
Inspect. В программе Inspect в меню выбрать Script -> Run script и в по-
явивщемся окне выбрать файл RFX_ins.cmd. После этого Inspect нарисует график.
1.5. Содержание отчёта
1.Цель работы.
2.Топология моделируемого прибора.
3.Основные положения моделей, используемых при расчёте.
7
4.Отчёт о выполнении заданий, проиллюстрированный графиками ВАХ, распределения концентрации свободных носителей заряда, напряженности электрического поля, распределения потенциала, зависимости частоты отсечки от напряжения на затворе. Поясните полученные результаты с точки зрения физики исследуемых процессов.
5.Привести результаты сравнения ПТШ с буферным слоем и ПТШ без буферного слоя.
6.Привести результаты сравнения ПТШ с различными характеристиками буферного слоя.
7.Привести результаты индивидуальных заданий.
8.Выводы. Какая топология на ваш взгляд является наиболее удачной и почему? Какие модели позволяют более точно произвести моделирование?
1.6.Контрольные вопросы
1.Назовите программы, используемые в данной работе, и их предназна-
чение.
2.Покажите, каким образом задаются начальные и конечные значения напряжений на контактах при расчёте топологии прибора.
3.Из каких основных элементов состоит конструкция ПТШ на GaAs с буферным слоем?
4.Какие основные модели используются при расчёте топологии прибора?
5.Приведите график полескоростной характеристики для GaAs.
6.От чего зависит ток стока в ПТШ (ВАХ)?
7.Приведите алгоритм работы с пакетом Sentaurus TCAD.
8.Как зависит подвижность носителей заряда от концентрации примесей?
9.Что такое контактная разность потенциалов?
10.Что такое частота отсечки полевого транзистора?
II. МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
Лабораторная работа 2 ВЫРАЩИВАНИЕ СЛОЯ SiO2 В СУХОМ O2 НА КРЕМНИИ
Цель работы: приобретение навыков моделирования процесса выращивания оксида кремния в сухом кислороде на подложке из кремния. Моделирование осуществляется в специализированном пакете Synopsys Sentaurus TCAD модулем Sentaurus Process.
8
Sentaurus Process – симулятор процессов 1D, 2D и 3D, происходящих в полупроводниковых материалах. Его характерными чертами являются современная программная архитектура и современный технический уровень моделей протекания тока и технологий процессов. При помощи Sentaurus Process могут быть смоделированы все стандартные этапы процессов: диффузия, имплантация, окисление, травление, осаждение и др.
2.1. Основные положения
Кремний – единственный из полупроводников, который имеет стабильный собственный оксид SiO2, пригодный для технологического использования в качестве маскирующего покрытия при проведении высокотемпературных локальных процессов. В своё время именно отработка надёжного технологического процесса нанесения маскирующих слоёв диоксида кремния на поверхность кремния дала импульс развитию планарной технологии, являющейся основой создания современных интегральных микросхем.
В настоящее время окисление поверхности кремния осуществляют с по-
мощью следующих химических реакций: |
|
|
|
|||
|
|
Si + O2 → SiO2, |
|
(2.1) |
||
|
1 |
Si + H O → |
1 |
SiO |
+ H . |
(2.2) |
|
|
|
||||
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|||
Процесс проводят при температуре 900…1200 ° |
С либо в сухом кислоро- |
|||||
де по реакции (2.1), либо в увлажнённом кислороде с использованием реакций (2.1), (2.2). На практике нередко применяют комбинированное окисление: сначала в сухом кислороде формируют совершенную границу раздела при толщине оксида до 0.1 мкм, а затем в увлажнённом кислороде увеличивают толщину слоя до 0.4…0.8 мкм.
Согласно данным радиоизотопного анализа, окисляющий агент (O2 или H2O) диффундирует через растущий слой оксида, т. е. процесс окисления происходит на внутренней границе раздела SiO2 – Si. Так как молярный объём диоксида кремния больше, чем кремния, то примерно половина образовавшегося слоя SiO2 замещает по толщине окисленный кремний, а другая половина растёт наружу.
2.2.Порядок выполнения работы
1.В папке с проектом создайте новый текстовой документ с расшире-
нием cmd (например lab1.cmd). Далее открываем этот файл для редактирования.
9
2. Выращивание оксида
2.1. Необходимо задать размеры подложки, а также области, в которых будут проводиться вычисления.
2.1.1. Задаём сетку по x:
Line x location=0.0 spacing= 1.0<nm> tag=SiTop
Line x location=50.0<nm> spacing= 10.0<nm>
Line x location=0.5<um> spacing= 50.0<nm>
Line x location=2.0<um> spacing= 0.2<um>
Line x location=4.0<um> spacing= 0.4<um>
Line x location=10.0<um> spacing= 2.0<um> tag=SiBottom
2.1.2. Задаём сетку по y:
|
|
|
Line y location=0.0 spacing=50.0<nm> tag=Mid |
||||||||
|
|
|
Line y location=0.40<um> spacing=50.0<nm> tag=Right |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Система координат в Sentaurus Process |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
выбирается таким образом, чтобы в даль- |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
нейшем выбранную систему координат мож- |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
но было использовать для 2D- и 3D-моде- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
лирования. Ось x направлена вниз (в под- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ложку), ось y – параллельно подложке. |
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В результате работы программы будет |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
построена расчетная сетка (рис. 2.1). Как вид- |
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
но, сетка более плотная на поверхности (1 нм) |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и менее плотная после 2 мкм в глубину. Для |
||
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
0 |
|
0.1 |
|
0.2 |
|
0.3 |
|
0.4 |
горизонтального направления используется |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
Рис. 2.1. Начальная сетка |
|
|||||||
|
|
|
|
постоянный интервал ячейки 50 нм. |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2.1.3. |
Необходимо указать материал подложки, задать концентрацию |
|||||||
примеси и кристаллографическое направление. В данном примере материалом является кремний:
region silicon xlo=SiTop xhi=SiBottom ylo=Mid yhi=Right
init concentration=1.0e+15<cm-3> field=Boron wafer.orient=100
Для 2D-моделирования область подложки определена через ссылки для x- и y-направлений. Эти связующие ссылки были ранее определены в командной строке (tag= ).
Команда xlo задаёт нулевое значение x, которое соответствует нижней части нашей подложки. Команда xhi задаёт максимальное значение x, кото-
10