отчет Synopsys

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра РТЭ

отчет

по практической работе №4

по дисциплине «Основы проектирования электронной компонентной базы»

Тема: Работа в среде Synopsys Sentaurus TCAD

Студент гр. 5207		Иванов А.Д.
Преподаватель		Синев А.Е.

Санкт-Петербург

2018

Цель работы: знакомство со средой Synopsys TCAD; моделирование полупроводниковых приборов, распределения поля в них и получение вольт-амперных характеристик.

Обработка результатов

1. Полупроводниковый резистор на полуизолирующей подложке GaAs

Для расчетов была смоделирована следующая топология:

Для подложки n_p=10¹⁴ см^-3

Для канала n_e=10¹⁷ см^-3

Для контактов n_e=10¹⁹ см^-3

Рисунок 1 – Топология резистора

В ходе расчетов была получена следующие ВАХ, распределения полей, потенциалов, токов:

Рисунок 2 – ВАХ полупроводникового резистора

Рисунок 3 – Плотность электронного тока

Рисунок 4 – Распределение потенциала в структуре

Рисунок 4 – Распределение поля в структуре

Рисунок 5 – Распределение подвижности электронов в структуре

Рисунок 6 – ПСХ GaAs

Выводы: ВАХ резистора на GaAs можно объяснить с помощью рисунков 4-6 и формулы . Ограничивая скорость электронов с помощью команды HighFieldSaturation, мы ограничиваем подвижность электронов, а т.к. , то и ток выходит на насыщение. Сопоставляя рисунки 4 и 5, видно, что наибольшая подвижность наблюдается в тех местах, где поле немного больше 1,5*10⁴ В/(см*с), что соответствует максимуму на ПСХ .

2. Диод Шоттки на подложке GaAs

n1_dat_des расчитан для Ug = 1 B, n2_dat_des для Ug = -1 B

Рисунок 7 – ВАХ на затворе

Рисунок 8 – Распределение поля в структуре

Рисунок 9 – Распределение потенциала в структуре

Рисунок 10 – Распределение плотности тока в структуре

Выводы: при подаче обратного напряжения на затвор обедненная зона под ним увеличивается, перекрывает канал, за счет этого уменьшается ток (рис.10). Меньше электронов = больше сопротивление, поэтому весь потенциал резко падает на подзатворной области (рис.9), а т.к. , то отсюда мы получаем сильные поля в этой области (рис.8) относительно этой же структуры, но с положительным напряжением на затворе.

3. Редактирование командного файла

   1. Получить ВАХ резистора без учета скорости насыщения

Рисунок 11 – ВАХ с учетом скорости насыщения (зеленый) и без (красный)

Рисунок 12 – Распределение подвижности электронов с учетом скорости насыщения (справа) и без (слева)

Рисунок 13 – Скорость электронов в структуре

Рисунок 14 – Распределение поля в структуре

3.2 Получить обратную ВАХ для диода Шоттки с учетом лавинной генерации и без нее.

Для этого в код нужно внести следующий фрагмент:

Physics {Mobility (DopingDependence)

Recombination (Avalanche (Eparellel))}

Рисунок 15 – Обратная ВАХ диода Шоттки с учетом лавинной генерации и без нее

Выводы: HighFieldSaturation ограничивает скорость электронов.

Убирая этот параметр, снимается ограничение в (рис.13), мы получаем зависимость только от легирования (рис.12).

– линейная зависимость (рис.11)

4. Построить выходные ВАХ ПТШ

Рисунок 16 – Выходные ВАХ ПТШ

Рисунок 17 – Распределение потенциала в структуре для Ug = 1V (слева) и Ug = -2V (справа)

Рисунок 18 – Распределение поля в структуре для Ug = 1V (слева) и Ug = -2V (справа)

Выводы: наибольшее сужение канала наблюдается у стока (рис.18 справа), что обусловлено градиентом потенциала поля между истоком и стоком , где U(x) — локальное значение потенциала в проводящем канале ПТШ на расстоянии x от стокового конца затвора (рис.17).

Начальный участок ВАХ при Ug = 1V можно объяснить тем, что влияние потенциала затвора больше, чем стока, поэтому большинство электронов идут не в сток, а в затвор, поэтому наблюдается ток меньше нуля.

5. Построить выходные ВАХ HEMT

Рисунок 19 - Выходные ВАХ HEMT

При -2..-3В выходная характеристика не была построена полностью при данном коде:

Solve { #-initial solution:

Poisson

Coupled { Poisson Electron }

Quasistationary ( MaxStep=0.02

Goal{ Name=”gate” Voltage=Vg } )

{ Coupled { Poisson Electron } }

Quasistationary ( MaxStep=0.02 MinStep=1e-8

Goal{ Name=”drain” Voltage=Vd } )

{ Coupled { Poisson Electron } } }

Когда был убран параметр, отвечавший за скорость насыщения “HighFieldSaturation”, ВАХ была построена (рис.19).

Рисунок 20 – Энергетическая диаграмма HEMT

Рисунок 21 – Передаточные характеристики HEMT и ПТШ

- значение порогового напряжения HEMT, определенное Synopsys

- значение порогового напряжения ПТШ, определенное Synopsys

Выводы: Пороговое напряжение HEMT меньше, крутизна больше на напряжениях от порогового до -0.6В (рис.21), далее, вероятно, электронам хватает энергии покинуть потенциальную яму и они попадают в область AlGaAs, где их подвижность меньше. Вообще, полностью доверять полученным результатам нельзя – нужной самому анализировать полученный результат и, по возможности, сравнивать его с результатами работы реальных устройств.

Наибольшая концентрация электронов как раз приходится на область потенциальной ямы (рис.20).