半导体器件基础实验
1.实验目的
通过利用EDA工具对肖特基二极管进行模拟仿真，并通过利用控制变量法，通过对影响PN结特性的一些因素的调节，观察其对PN结特性的影响。
2.实验概述
1、改变掺杂浓度对肖特基二极管I-V 曲线的影响
2、改变金属功函数对肖特基二极管I-V 曲线的影响
3、改变温度对肖特基二极管I-V 曲线的影响
4、改变N区分布函数对肖特基二极管I-V 曲线的影响
3.实验内容
1.N 区浓度对 IV 曲线及结构的影响
6e18
6e10
N型轻掺杂浓度为6e10
# (c) Silvaco Inc., 2013
go atlas
mesh space.mult=1.0
#绘制x向网格
x.meshloc=0.00 spac=0.5
x.meshloc=3.00 spac=0.2
x.meshloc=5.00 spac=0.25
x.meshloc=7.00 spac=0.25
x.meshloc=9.00 spac=0.2
x.meshloc=12.00 spac=0.5
#绘制y向网格
y.meshloc=0.00 spac=0.1
y.meshloc=1.00 spac=0.1
y.meshloc=2.00 spac=0.2
y.meshloc=5.00 spac=0.4
# 用硅半导体作衬底
region num=1 silicon
# 定义电极
electr name=anode x.min=5 length=2
electr name=cathode bot
#.... N-epi doping N型掺杂
doping n.typeconc=6e10 uniform
#.... Guardring doping P型掺杂
doping p.typeconc=1e19 x.min=0 x.max=3 junc=1 rat=0.6 gauss
doping p.typeconc=1e19 x.min=9 x.max=12 junc=1 rat=0.6 gauss
#.... N+ doping N型重掺杂浓度21
doping n.typeconc=1e21x.min=0 x.max=12 y.top=2 y.bottom=5 uniform
# 存储结构文件并展示
save outf=diodeex01_0.str
tonyplot diodeex01_0.str -set diodeex01_0.set
#功函数为4.97的情况
model conmobfldmobsrh auger bgn
contact name=anode workf=4.97
# 对电极加电压为0v
solve init
method newton
#保存数据文件并展示
log outfile=diodeex01.log
solve vanode=-1 vstep=0.05 vfinal=1 name=anode tonyplot diodeex01.log -set diodeex01_log.set
quit
掺杂浓度变小，导电能力减弱，电流减小。
2、改变金属功函数
功函数为6
功函数为6.3
功函数为6.5
# (c) Silvaco Inc., 2013
go atlas #go用来退出和启动atlas仿真器
mesh space.mult=1.0
#设置初始网格均匀分布，为0.1微米
#
x.mesh loc=0.00 spac=0.5
#设置X方向网格：从以0.5为间隔的x=0.00位置渐变过渡到以0.2为间隔的x=3.0的位置。
这样可以根据需要设置多个网格。
x.mesh loc=3.00 spac=0.2
x.mesh loc=5.00 spac=0.25
x.mesh loc=7.00 spac=0.25
x.mesh loc=9.00 spac=0.2
x.mesh loc=12.00 spac=0.5
#
y.mesh loc=0.00 spac=0.1
#设置y方向的网格信息
y.mesh loc=1.00 spac=0.1
y.mesh loc=2.00 spac=0.2
y.mesh loc=5.00 spac=0.4
#以上建立了一个含有网格信息的12微米*5微米大小的区域
region num=1 silicon
#定义区域
electr name=anode x.min=5 length=2
#定义电极
electr name=cathode bot
#.... N-epi doping 定义初始掺杂浓度
doping n.type conc=5.e16 uniform
#.... Guardring doping 定义P环保护掺杂
doping p.type conc=1e19 x.min=0 x.max=3 junc=1 rat=0.6 gauss doping p.type conc=1e19 x.min=9 x.max=12 junc=1 rat=0.6 gauss
#.... N+ doping
doping n.type conc=1e20 x.min=0 x.max=12 y.top=2 y.bottom=5 uniform
save outf=diodeex01_0.str
tonyplot diodeex01_0.str -set diodeex01_0.set
model conmob fldmob srh auger bgn
contact name=anode workf=6
#设置肖特基接触，功函数大小为6
solve init
method newton
log outfile=diodeex01.log
solve vanode=0.05 vstep=0.05 vfinal=1 name=anode
#电学仿真简单地将阳极电压以间隔为0.05V升至1.0V
tonyplot diodeex01.log -set diodeex01_log.set
quit
3、改变温度
温度500k
温度700k
温度900k
温度对肖特基二极管 I-V 曲线的影响可以忽不计
# (c) Silvaco Inc., 2013
go atlas
mesh space.mult=1.0
#绘制x向网格
x.meshloc=0.00 spac=0.5
x.meshloc=3.00 spac=0.2
x.meshloc=5.00 spac=0.25
x.meshloc=7.00 spac=0.25
x.meshloc=9.00 spac=0.2
x.meshloc=12.00 spac=0.5
#绘制y向网格
y.meshloc=0.00 spac=0.1
y.meshloc=1.00 spac=0.1
y.meshloc=2.00 spac=0.2
y.meshloc=5.00 spac=0.4
# 用硅半导体作衬底
region num=1 silicon
# 定义电极
electr name=anode x.min=5 length=2
electr name=cathode bot
#.... N-epi doping N型掺杂
doping n.typeconc=5.e16 uniform
#.... Guardring doping P型掺杂
doping p.typeconc=1e19 x.min=0 x.max=3 junc=1 rat=0.6 gauss
doping p.typeconc=1e19 x.min=9 x.max=12 junc=1 rat=0.6 gauss
#.... N+ doping N型重掺杂
doping n.typeconc=1e20 x.min=0 x.max=12 y.top=2 y.bottom=5 uniform
# 存储结构文件并展示
save outf=diodeex01_0.str
tonyplot diodeex01_0.str -set diodeex01_0.set
#温度为900k
model conmobfldmobsrh auger bgn
bgn temperature=900
contact name=anode workf=4.97
# 对电极加电压为0v
solve init
method newton
#保存数据文件并展示
log outfile=diodeex01.log
solve vanode=-1 vstep=0.05 vfinal=1 name=anode
tonyplot diodeex01.log -set diodeex01_log.set
quit
4、改变N区分布函数
高斯分布
误差函数分布
两种分布没有明显区别
4.实验总结
通过这次的实验，首先我们学会了如何使用EDA工具仿真出PN结模型，模拟出温度特性曲线等。
同时我们又通过修改调整部分因素，如正反偏条件，温度等，在原有肖特基二极管仿真代码的基础上，对PN结在正偏压、负偏压条件下的I-V 特性进行仿真，并通过模拟出I-V特性曲线来观察了这些因素对PN结特性的影响。
最终得知掺杂浓度和金属功函数对肖特基二极管的影响幅度相对于分布函数和环境温度更大。