МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Санкт-Петербургский государственный
электротехнический университет
«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)
Кафедра МВЭ
отчет
по лабораторной работе №7
по дисциплине «Основы проектирования электронной компонентой базы»
Тема: Использование Synopsys TCAD
Студент гр. 0207 |
|
Маликов Б.И. |
Преподаватель |
|
Смирнов А.А. |
Санкт-Петербург
2023
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Целью работы является моделирование полупроводникового резистора на полуизолирующей подложке GaAs и моделирование диода Шоттки на подложке GaAs.
ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ
1. Моделирование полупроводникового резистора на полуизолирующей подложке GaAs
Зададим структуру полупроводникового резистора:
Рис. 1 – Структура полупроводникового резистора на полуизолирующей подложке GaAs
Рис. 2 – Распределение концентраций в структуре
Представим рассчитанную ВАХ полупроводникового резистора:
Рис. 3 – ВАХ полупроводникового резистора
Рис. 4 – Распределение напряженности электрического поля в структуре
Таким образом, анализируя распределение напряженности электрического поля в полупроводниковом резисторе, делаем вывод, что в точке возле стока напряженность поля имеет максимальное значение, то есть в данной точке возможен пробой структуры.
2. Диод Шоттки на подложке GaAs
Зададим структуру диода Шоттки:
Рис. 5 – Структура диода Шоттки на подложке GaAs
Рис. 6 – Распределение концентраций в структуре
Представим рассчитанную ВАХ диода Шоттки:
Рис. 7 – ВАХ диода Шоттки
Рис. 8 - Расчетные концентрации электронов для обратного (слева) и прямого (справа) включения диода
Таким образом, при отрицательном смещении под контактом образовалась область обеднения, концентрация электронов в которой составляет менее 104 см–3, а при положительном смещении концентрация основных носителей заряда под контактом примерно равна концентрации легирующей примеси.
РЕШЕНИЕ ЗАДАНИЙ
Задание 1:
Запишем модифицированный код:
Представим рассчитанные ВАХ резистора в двух случаях - с учетом и без учета модели насыщения скорости в сильном электрическом поле:
Рис. 9 – ВАХ полупроводникового резистора с учетом и без учета модели насыщения скорости в сильном электрическом поле
Анализируя полученные ВАХ, делаем вывод, что без учета модели насыщения ток в полупроводниковом резисторе может возрастать бесконечно, что противоречит реальным расчетам. При определенном значении напряженности электрического поля носители заряда в GaAs имеют участок насыщения, то есть участок, где скорость носителей будет равна определенному значению, а именно – 105 м/с. Так как при увеличении напряженности происходит увеличение фононных колебаний в решетке, электроны начинают сталкиваться друг с другом и с узлами решетки, вследствие чего их подвижность снижается, соответственно, ток не возрастает. Без учета модели насыщения таких эффектов не наблюдается.
Задание 2:
Запишем модифицированный код:
Представим рассчитанные ВАХ диода Шоттки - с учетом и без учета модели насыщения скорости в сильном электрическом поле:
Рис. 10 - ВАХ диода Шоттки с учетом и без учета модели лавинной генерации носителей в сильных полях
Анализируя ВАХ диода Шоттки, делаем вывод, что в случае учета модели лавинной генерации носителей в сильных полях на определенном значении обратного напряжении возможен пробой структуры. На данной ВАХ данный факт не отображается, но, предположительно, пробой структуры происходит при -7 В. Объясняется это тем, что в сильных электрических полях электроны разгоняются и начинают ионизировать атомы кристаллической решетки, тем самым увеличивая количество носителей заряда в полупроводниковой структуре.
ВЫВОД
В ходе выполнения данной лабораторной работы были изучены основные инструменты и аспекты работы с Synopsys TCAD. Были построены модели полупроводникового резистора и диода Шоттки.
Анализируя анализируя распределение напряженности электрического поля в полупроводниковом резисторе (рис. 4), делаем вывод, что в точке возле стока напряженность поля имеет максимальное значение, то есть в данной точке возможен пробой структуры.
Также, анализируя концентрации электронов для обратного и прямого включения диода (рис. 8), делам вывод, что при отрицательном смещении под контактом образовалась область обеднения, концентрация электронов в которой составляет менее 104 см–3, а при положительном смещении концентрация основных носителей заряда под контактом примерно равна концентрации легирующей примеси.