МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра МВЭ

ОТЧЕТ

по лабораторной работе №3

по дисциплине «Основы проектирования электронной компонентной базы»

Тема: «: «Определение Sinopsys TCAD»

Студент гр. 9201		Рауан М.
Преподаватель		Шевченко С.А.

Санкт-Петербург

2022

Задание 1 «Полупроводниковый резистор на полуизолирующей подложке GаAs»

Моделирование полупроводникового резистора, изготовленного на полуизолирующей подложке из GaAs будем рассматривать без учёта эффектов генерации и рекомбинации носителей заряда в структуре.

Целью моделирования является получение ВАХ резистора, а также расчет распределения напряженности электрического поля в структуре для определения места, где вероятнее всего произойдет электрический пробой структуры.

1.1. Создадим структуру полупроводникового резистора на полуизолирующей подложке GaAs в программе Sentaurus Structure Editor:

-Для начала мы выберем материал(GaAs) из которого должна состоять наша структура и определим границы устройства;

-Далее зададим на структуре области канала, где будет локализован ток, и прилегающих к контактам областей дополнительного подлегирования для реализации их невыпрямляющих свойств, а также области, прилегающие к стоку и истоку;

-Произведем распределение концентрации легирующих примесей во всех областях; -Зададим параметры генерации расчетной сетки;

-Нельзя обойтись без основных элементов устройства – прилегающих контактов, так что добавим их.

Рисунок 1.1. Результат моделирования резистора с использованием сетки

На рисунке 1 наблюдаем распределение концентрации легирующей примеси, расчетную сетку, а также основные области структуры.

1.2. Создадим командный файл Sentaurus Device:

После того как задана структура устройства и создана расчетная сетка, на которой будет решаться ФСУ, необходимо написать командный файл для его исполнения модулем Sentaurus Device. Чтобы упростить процедуру создания командного файла, можно использовать в качестве шаблона следующий код:

Рисунок 1.2. Листинг кода командного файла для расчета.

Получим результат данного расчета в программе SVisual:

Рисунок 1.3. Результат расчета командного файла (Зависимость тока стока I_с от U_си).

На этой зависимости (Рисунок 1.3.) мы видим ВАХ полупроводникового резистивного элемента. На рисунке наблюдается следующие области:

1. Оммическая область (зона резкого возрастания тока стока). Канал «исток-сток» ведет себя как резистор, чье сопротивление управляется напряжением на затворе транзистора.

2. Область насыщения она имеет почти линейный вид. Здесь происходит перекрытие канала в области стока, которое увеличивается при дальнейшем росте напряжения исток-сток. Соответственно, растет и сопротивление канала, а стоковый ток меняется очень слабо (закон Ома, однако). Именно этот участок характеристики используют в усилительной технике, поскольку здесь наименьшие нелинейные искажения сигналов и оптимальные значения малосигнальных параметров, существенных для усиления.

1.3. Отобразим распределение напряженности электрического поля в структуре:

Рисунок 1.4. Распределение напряженности электрического поля в смоделированном резисторе.

На полученном распределении напряженности мы можем наблюдать пробой в области стока. При напряжении стока, равном напряжению пробоя , происходит пробой стокового перехода, за счёт прокола канала. Области обеднения стока и истока смыкаются. Происходит сквозное перекрытие канала объёмным пространственным зарядом, который создаёт сильное продольное электрическое поле, что значительно увеличивает инжекцию электронов из истока. Ток стока резко возрастает.