Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


в линейной области и в области насыщения



 

Расчет семейства выходных характеристик осуществляется во втором блоке DESSIS проекта n-МОП транзистора. При расчете изменяется напряжение на стоке при фиксированном смещении на затворе. Командный файл для расчета отличается от предыдущего командного файла DESSIS только секцией Solve{}. Ниже приведена секция Solve{} с необходимыми изменениями.

Solve {

Poisson

Coupled { Poisson Electron Hole}

* Получение семейства напряжений на затворе с сохранением каждого

* напряжения в отдельный файл vg1-vg5:

QuasiStationary

( InitialStep = 0.5 Maxstep = 0.8 MinStep = 0.001

Goal { name = " gate" voltage = 2 } )

{ coupled { Poisson Electron Hole}}

save(FilePrefix = " vg1" )

QuasiStationary

( InitialStep = 0.5 Maxstep = 0.8 MinStep = 0.001

Goal { name = " gate" voltage = 3 } )

{ coupled { Poisson Electron Hole}}

save(FilePrefix = " vg2" )

QuasiStationary

( InitialStep = 0.5 Maxstep = 0.8 MinStep = 0.001

Goal { name = " gate" voltage = 4 } )

{ coupled { Poisson Electron Hole}}

save(FilePrefix = " vg3" )

QuasiStationary

( InitialStep = 0.5 Maxstep = 0.8 MinStep = 0.001

Goal { name = " gate" voltage = 5 } )

{ coupled { Poisson Electron Hole}}

save(FilePrefix = " vg4" )

QuasiStationary

( InitialStep = 0.5 Maxstep = 0.8 MinStep = 0.001

Goal { name = " gate" voltage = 6 } )

{ coupled { Poisson Electron Hole}}

save(FilePrefix=" vg5" )

* Расчет стоковых характеристик для каждого из рассчитанных ранее

* напряжений на затворе. Напряжения на затворе загружаются из

* соответствующих файлов vg1-vg5, каждая рассчитанная стоковая

* характеристика сохраняется в отдельный файл Curve1-Curve5:

load(FilePrefix = " vg1" )

NewCurrent = " Curve1"

QuasiStationary

( InitialStep = 0.001 Maxstep = 0.05 MinStep = 0.00001

Goal { name = " drain" voltage = 10.0 } )

{ coupled { Poisson Electron Hole}}

load(FilePrefix = " vg2" )

NewCurrent = " Curve2"

QuasiStationary

( InitialStep = 0.001 Maxstep = 0.05 MinStep = 0.00001

Goal { name = " drain" voltage = 10.0 } )

{ coupled { Poisson Electron Hole}}

load(FilePrefix = " vg3" )

NewCurrent = " Curve3"

QuasiStationary

( InitialStep = 0.001 Maxstep = 0.05 MinStep = 0.00001

Goal { name = " drain" voltage = 10.0 } )

{ coupled { Poisson Electron Hole}}

load(FilePrefix = " vg4" )

NewCurrent = " Curve4"

QuasiStationary

( InitialStep = 0.001 Maxstep = 0.05 MinStep = 0.00001

Goal { name = " drain" voltage = 10.0 } )

{ coupled { Poisson Electron Hole}}

load(FilePrefix = " vg5" )

NewCurrent = " Curve5"

QuasiStationary

( InitialStep = 0.001 Maxstep = 0.05 MinStep = 0.00001

Goal { name = " drain" voltage = 10.0 } )

{ coupled { Poisson Electron Hole}}}

 

Для визуального представления рассчитанного семейства выходных характеристик используется программа INSPECT, управляемая приве-денным ниже командным файлом. По выходной характеристике модели n-MOП транзистора с максимальным напряжением на затворе опре-деляется сопротивление сток-исток в открытом состоянии в линейной области, а также в области насыщения.

 

### Загрузка файлов с расчетными данными DESSIS:

#setdep @node|-1@

proj_load Curve1n@node|-1@_des.plt

proj_load Curve2n@node|-1@_des.plt

proj_load Curve3n@node|-1@_des.plt

proj_load Curve4n@node|-1@_des.plt

proj_load Curve5n@node|-1@_des.plt

### Построение выходных характеристик и отображение их:

cv_createDS idvd1 " Curve1n@node|-1@_des drain OuterVoltage" " Curve1n@node|-1@_des drain TotalCurrent"

cv_createDS idvd2 " Curve2n@node|-1@_des drain OuterVoltage" " Curve2n@node|-1@_des drain TotalCurrent"

cv_createDS idvd3 " Curve3n@node|-1@_des drain OuterVoltage" " Curve3n@node|-1@_des drain TotalCurrent"

cv_createDS idvd4 " Curve4n@node|-1@_des drain OuterVoltage" " Curve4n@node|-1@_des drain TotalCurrent"

cv_createDS idvd5 " Curve5n@node|-1@_des drain OuterVoltage" " Curve5n@node|-1@_des drain TotalCurrent"

### Задание атрибутов построенных кривых:

cv_setCurveAttr idvd1 " Vg=2 V" red solid 2 none 5 defcolor 1 defcolor

cv_setCurveAttr idvd2 " Vg=3 V" green solid 2 none 5 defcolor 1 defcolor

cv_setCurveAttr idvd3 " Vg=4 V" black solid 2 none 5 defcolor 1 defcolor

cv_setCurveAttr idvd4 " Vg=5 V" blue solid 2 none 5 defcolor 1 defcolor

cv_setCurveAttr idvd5 " Vg=6 V" magenta solid 2 none 5 defcolor 1 defcolor

### Задание атрибутов координатных осей:

gr_setAxisAttr X {Drain Voltage (V)} 12 {} {} black 1 12 0 5 0

gr_setAxisAttr Y {Drain Current (A)} 12 {} {} black 1 12 0 5 0

### Определение сопротивления сток-исток в области насыщения как

### обратного значения производной от стоковой характеристики в точке

### максимума тока стока:

set Rout [cv_compute " vecvaly( 1/diff(< idvd5> ), vecvalx(< idvd5>, vecmax(< idvd5> )))" A A A A]

### Запись рассчитанного сопротивления сток-исток в переменную GENESISe:

ft_scalar Rout $Rout

### Определение сопротивления сток-исток в линейной области (в точке минимума

### тока стока):

set Ron [cv_compute " vecvaly( 1/diff(< idvd5> ), vecvalx(< idvd5>, vecmin(< idvd5> )))" A A A A]

ft_scalar Ron $Ron

 

Семейство рассчитанных выходных характеристик приведено на рисунке 20.

 

 

Рис. 20. Семейство выходных характеристик для модели n-MOП транзистора с длиной канала 3 мкм. Сопротивление сток-исток в открытом состоянии в линейной области 13.8 Ом, в области насыщения 2011 Ом.

Определение пробивного напряжения

N-МОП транзистора

Определение пробивного напряжения методом построения ВАХ практически не отличается от расчета выходных характеристик. Необходимо только учесть лавинную генерацию носителей, а также повышать напряжение на стоке до уровня, при котором транзистор заведомо пробьется. Напряжение на затворе устанавливается равным 0 В. Ниже приведены необходимые изменения в командном файле DESSIS.

 

В секции Electrode{} добавляется резистор, подключенный к стоку:

Electrode {

{name = " source" voltage = 0.0}

{name = " gate" voltage = 0.0 }

{name = " substrate" voltage = 0.0}

{name = " drain" voltage = 0.0 resistor=200}

}

В секции Physics{} в блоке моделей генерационно-рекомбинационных процессов необходимо указать модель лавинной генерации. Дополнительно можно указать модели рекомбинации Оже и генерации путем туннельного перехода зона-зона:

Recombination(

SRH(DopingDependence )

Band2Band Auger Avalanche

)

В секции Plot{} указывается запись распределения скорости лавинной генерации:

Plot{... AvalancheGeneration...}

 

Необходимые изменения в секции Solve{}:

Solve {

Poisson

Coupled { Poisson Electron Hole }

QuasiStationary (

InitialStep = 0.1 MaxStep = 0.1 MinStep = 1e-7

Increment = 2 decrement = 4

Goal { name = " drain" voltage = 20 })

{Coupled {Hole Electron Poisson} }}

В данном случае пробивное напряжение определяется как напряжение на стоке, при котором из-за быстрого увеличения тока стока уравнения перестают сходиться и расчет обрывается. Используемый для этого командный файл INSPECT:

#setdep @node|-1: all@

proj_load n@node|-1@_des.plt n@node|-1@_des

cv_createDS IdVd {n@node|-1@_des drain InnerVoltage} {n@node|-1@_des drain TotalCurrent} y

cv_setCurveAttr IdVd " IdVd" black solid 1 none 5 defcolor 1 defcolor

### Определение пробивного напряжения как напряжения на стоке,

### при котором ток стока имеет максимальное значение:

set VBR [cv_compute " vecvalx(< IdVd>, vecmax(< IdVd> ))" A A A A]

ft_scalar Vbr $VBR

 

Стоковая ВАХ при этом имеет вид, показанный на рисунке 21.

 

 

Рис. 21. Стоковая ВАХ модели n-МОП транзистора, рассчитанная с учетом лавинной генерации носителей. Пробой наступил при Uси = 14 В, при этом из-за резкого возрастания тока уравнения перестали сходиться и расчет в DESSIS прекратился. Напряжение на стоке осталось равным пробивному.

 

На рисунках 22 и 23 показаны распределения электростатического потенциала и напряженности электрического поля в модели n-МОП транзистора при напряжении на стоке, равном пробивному. Данные распределения позволяют определить область пробоя стокового р-n перехода, проконтролировать размеры обедненной области p-n перехода.


 

 

Рис. 22. Распределение электростатического потенциала

в моделируемой структуре.

 

 

 

Рис. 23. Распределение напряженности электрического поля

в моделируемой структуре.


Задания и вопросы

1. Зачем нужно легирование подложки бором в начале технологических операций в примере проекта n-МОП транзистора? Рассчитать передаточ-ную характеристику транзистора без легирования подложки бором и сравнить с исходной передаточной характеристикой. Объяснить результат.

2. Как повлияет учет саморазогрева рассмотренного n-МОП транзистора на вид выходных характеристик? Рассчитать семейство выходных харак-теристик с учетом саморазогрева структуры. При этом в командном файле DESSIS необходимо добавить термический контакт (термод) на нижнюю поверхность подложки, а в секции Physics указать использование термодинамических уравнений и учесть зависимость скорости генерации от температуры. В секции Plot указать распределение температуры, и в секции Solve при изменяющемся напряжении на стоке дополнительно решить уравнения термодинамики. Определить наиболее горячие участки n-МОП транзистора.

3. Построить зависимости крутизны передаточной характеристики и сопротивления сток-исток в открытом состоянии от длины канала в диапазоне 10÷ 0.5 мкм.

Литература

 

1. Королев М.А. Приборно-технологическое моделирование при разработке изде­лий микроэлектроники и микросистемной техники / М.А. Королев, Т.Ю. Крупкина, Ю.А. Чаплыгин // Известия вузов. Электроника. – 2005. – № 4-5. – С. 64–71.

2. Тихомиров П. Система Senraurus TCAD компании Synopsys / П. Тихомиров, П. Пфеффли, М. Зорзи // Электроника: Наука. Технология. Бизнес. – 2006. – № 7. – С. 89–95.

3. Synopsys World Leader in EDA Software and Services. –(http: //www.synopsys.com/)

4. ISE TCAD. Release 10.: User’s manual. – Zurich, 2004. – 1058 p.

5. Тилл У. Интегральные схемы: материалы, приборы, изготовление / У. Тилл, Дж. Лаксон. – М.: Мир, 1985. – 504 с.

 

 

Учебное издание

 

Моделирование

полевых полупроводниковых

приборов в САПР ISE TCAD

 

Учебное пособие для вузов

 

 

Составители: Асессоров Валерий Викторович

Быкадорова Галина Владимировна

Ткачев Александр Юрьевич

 

 

Редактор А.П. Воронина


Поделиться:



Последнее изменение этой страницы: 2017-05-05; Просмотров: 307; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2024 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.043 с.)
Главная | Случайная страница | Обратная связь