Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
в линейной области и в области насыщения ⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 4
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 |
Последнее изменение этой страницы: 2017-05-05; Просмотров: 307; Нарушение авторского права страницы