silvaco器件仿真

1、2009級微電子工藝期末試題設計報告報告題目:硅外延NPN型小功率三極管學院：理學院專業(yè)：微電子與固體電子學學號：學生姓名：授課老師：楊發(fā)順2010年7月25日題目：硅外延NPN型小功率三極管：集電極-發(fā)射極擊穿電壓(BVCeo)：20V,發(fā)射極-基極擊穿電壓(BVebo):25V,最大耗散功率(PCM)：0.5W,飽和壓降(Vces):W0.35V,電流放大系數(shù)(hFE):120。、分析計算以單邊突變的PN結為基本模型創(chuàng)建NPN結構來進行計算。經(jīng)查表及計算結果得出，集電區(qū)摻雜濃度約為4.5xl0i5cm-3，基區(qū)摻雜濃度為3.3x1018cm-3，發(fā)射區(qū)摻雜濃度為2.07x1020cm-3,

2、b-c結擴散結深為4.0pm,b-c結空間電荷區(qū)寬度為5.37pm，外延層厚度最小為9.37pm,b-e結空間電荷區(qū)寬度為0.05pm,集電結的表面積為1.44mm2。具體計算過程如下:由集電極-發(fā)射極擊穿電壓BVCEo20V,取BVCeo=20VBVcBo=nBVceo=3120X20=98.65V(取n=3)，可取BVCBo=100V由擊穿電壓雜質濃度曲線，可取NC=4.5x1015cm-3由經(jīng)驗公式BV=1.71x109xa-0-364以及CB0jNla二clnjxjc(N)BN丿C7,取P型基區(qū)雜質濃度Nr=3.3x1018cm-3B計算出b-c結擴散結深x.-4.0pmjc取x=1.

3、5口m,x=2.5口m,D=25cm2/s,BEn流放大倍數(shù)B=120,則D=10cm2/s,pt=t=1O-7S,V=0.7V,要使電n0p0BE1(x丫BB丿NDx1BEBNDx2(LEBEr0expJ(-eV2VBE丿NDx1x、2Jf-eV)BEBBr0expBENDx21L丿JF12V1EBEJB丿s0T丿Ts0/-0.7、.0.0259TOC o 1-5 h z3.3,1018101.512.25,10-8J,+r0expN252.5225,10-JEs0二7.92X1017+4.5,10-3+0.010149865JNr0E/0.010149865J遠小于前兩項，r07.92x1

4、017NE+4.5x10，3NE=2-07x102Cm-3(2)當b-c結反偏電壓為VR=1V時，b-c結空間電荷區(qū)寬度為xbe(2&VN+N丫2sRbc=5.37umeNNbc丿外延層厚度應大于+xje，所以可取外延層厚度最小為9.37叫當b-e結反偏電壓Vr=5V時，b-e結空間電荷區(qū)寬度為xbe(2sVN+NsRBEIeNNBEA1=.5pmI，則IIECEpEnEnEpEEnE已知D=25cnt/s,W=1.5口mnBBn2iNBexp(qVBEKT)68.18xexp(0.70.0259)3.73x1013,由InEqADn(0+)EnBBWB人IW1.43x1.5x10，41nAn

5、Eb1.44mm2EqDn(0+)1.6x10-19x25x3.73x1013nBB2制造工藝設計：首先在ATHENA中定義15um*10um的N+基底，濃度為5.0e18/cm3,然后在基底上生長15um的N-外延層，濃度為4.5e15/cm3,最后進行擴散注入濃度為3.3e18/cm3的P+型雜質(基區(qū))，和濃度為2.07e20/cm3N+型雜質(發(fā)射區(qū))。語句詳見附錄。3原胞版圖和工藝仿真結果：(1)用工藝軟件ATHENA制作的NPN基本結構BC結深的提取BE結深的提取用Cutline工具截取Boron的濃度分布圖如下:用Cutline工具截取Phosphorus的濃度分布圖如下網(wǎng)格分布

6、圖4器件仿真結果器件仿真有兩種方法。第一種：利用ATHENA已經(jīng)建立好的結構在ATLAS中進行仿真。第二種直接在ATLAS中建立器件結構并進行器件仿真。優(yōu)缺點：第一種方法更接近現(xiàn)實當中做器件的環(huán)境，但網(wǎng)格較難設置，仿真當中容易出現(xiàn)不收斂的情況。第二種方法更理想化，制作環(huán)境都是在理想中進行包括摻雜濃度的分布是均勻的（這在實際操作過程中是不可能實現(xiàn)的），但是它的網(wǎng)格更容易設置一些，收斂比較容易出現(xiàn)。鑒于以上各種方法的優(yōu)缺點本次設計使用兩種思路相結合的方法來實現(xiàn)集電極與發(fā)射極的擊穿電壓提取圖結果基本符合題目要求中20V擊穿電壓放大倍數(shù)的提取圖基本符合題目要求的放大倍數(shù)120附錄：方案一程序：goat

7、henameshinitlinexloc=0.00spac=0.2linexloc=4spac=0.2linexloc=10spac=0.2linexloc=15spac=0.2#lineyloc=0.00spac=0.05lineyloc=1.00spac=0.05lineyloc=2spac=0.2lineyloc=4spac=0.2lineyloc=10spac=0.5chendiinitsiliconc.phosphor=5.0e18orientation=100two.dwaiyanepitaxytime=50temp=1100thickness=15c.phosphor=4.5e1

8、5yanghuadiffustime=50temp=1100weto2press=1.00keshietchoxidestartx=5y=-16etchcontx=10y=-16etchcontx=10y=-14etchdonex=5y=-14kuosandiffustime=60temp=1160nitropress=1.00c.boron=1e20keshietchoxideallyanghuadiffustime=30temp=1100weto2press=1.00keshietchoxidestartx=6.5y=-16etchcontx=8.5y=-16etchcontx=8.5y=

9、-14etchdonex=6.5y=-14kuosnadiffustime=60temp=1130nitropress=1.00c.phosphor=2e20#extractname=nxjxjmaterial=Siliconmat.occno=1x.val=8junc.occno=1keshietchoxidealldepositdepositoxidethick=2divisions=10keshietchoxidestartx=lly=-17etchcontx=12y=-17etchcontx=12y=-14etchdonex=11y=-14zhuruimplantborondose=5

10、.0e18energy=50rotation=30crystalkeshietchoxidestartx=6.5y=-17etchcontx=8.5y=-17etchcontx=8.5y=-14etchdonex=6.5y=-14depositdepositaluminumthick=2divisions=10keshietchaluminumleftp1.x=6.50keshietchaluminumrightp1.x=12.50keshietchaluminumstartx=8.5y=-19etchcontx=10.5y=-19etchcontx=10.5y=-14etchdonex=8.

11、5y=-14#electrodename=basex=11#electrodename=emitterx=7#electrodename=collectorbackside#structoutfile=bjt6.strgoatlas#meshinfile=bjt6.strsetemittercontactname=emittern.polysurf.recmaterialtaun0=5e-6taup0=5e-6setmodelsmodelsbipolarprintimpactselbsolveinitmethodnewtontrapsolveprevsolvevbase=0.025solvev

12、base=0.05solvevbase=0.2contactname=basecurrentmethodnewtontrapir.tol=1.e-20ix.tol=1.e-20solveibase=3.e-15logoutf=bjt05.1ogmasterrampcollectorvoltagesolvevcollector=0.25solvevcollector=0.5solvevcollector=1solvevcollector=3solvevcollector=5solvevstep=0.5vfinal=30name=collectorcompl=5.p=3plotresultston

13、yplotbjt05.log-setbjt05_log.setquit方案二程序(1)擊穿電壓的提取goatlas#meshspace.mult=1.0#x.meshloc=0.00spac=0.2meshloc=30spac=0.2#y.meshloc=0.00spac=0.5y.meshloc=2.5spac=0.25y.meshloc=7spac=0.25y.meshloc=10spac=0.5y.meshloc=25spac=0.5#regionnumber=1x.min=0 x.max=30y.min=0y.max=25material=Siliconregionnumber=2x.

14、min=0 x.max=30y.min=15y.max=25material=Siliconregionnumber=3x.min=4x.max=26y.min=0y.max=5material=Siliconregionnumber=4x.min=13x.max=17y.min=0y.max=2.5material=Silicon#1=base#2=collector#3=emitterelectrodename=basenumber=1x.min=20 x.max=23y.min=0y.max=0electrodename=collectornumber=2bottomelectroden

15、ame=emitternumber=3x.min=13x.max=17y.min=0y.max=0#dopinguniformconc=4.5e15n.typedirection=yregions=1dopinguniformconc=4.5e18n.typedirection=yregions=2dopinggaussiancharacteristic=0.7peak=3.2conc=3.3e18p.typedirection=yregions=3dopinggaussiancharacteristic=1peak=1.2conc=2e20n.typedirection=yregions=4

16、saveoutf=bjt62.strtonyplotbjt62.strsetpolyemittercontactname=emittern.polysurf.recmaterialtaun0=1e-7taup0=1e-7setmodelsmodelsbipolarprintimpactselbsolveinitmethodnewtontrapsolveprevsolvevbase=0.025solvevbase=0.05solvevbase=0.2contactname=basecurrentmethodnewtontrapir.tol=1.e-20ix.tol=1.e-20solveibas

17、e=3.e-15logoutf=bjtex05.logmasterrampcollectorvoltagesolvevcollector=0.25solvevcollector=0.5solvevcollector=1solvevcollector=3solvevcollector=5solvevstep=1vfinal=100name=collectorcompl=5.p=3plotresultstonyplotbjtex05.log-setbjtex05_log.setquit(2)放大倍數(shù)的提取goatlas#meshspace.mult=1.0#x.meshloc=0.00spac=0

18、.2meshloc=30spac=0.2#y.meshloc=0.00spac=0.5y.meshloc=2.5spac=0.25y.meshloc=7spac=0.25y.meshloc=10spac=0.5y.meshloc=25spac=0.5#regionnumber=1x.min=0 x.max=30y.min=0y.max=25material=Siliconregionnumber=2x.min=0 x.max=30y.min=15y.max=25material=Siliconregionnumber=3x.min=4x.max=26y.min=0y.max=5material

19、=Siliconregionnumber=4x.min=13x.max=17y.min=0y.max=2.5material=Silicon#1=base#2=collector#3=emitterelectrodename=basenumber=1x.min=20 x.max=23y.min=0y.max=0electrodename=collectornumber=2bottomelectrodename=emitternumber=3x.min=13x.max=17y.min=0y.max=0#dopinguniformconc=4.5e15n.typedirection=yregion

20、s=1dopinguniformconc=4.5e18n.typedirection=yregions=2dopinggaussiancharacteristic=0.7peak=3.2conc=3.3e18p.typedirection=yregions=3dopinggaussiancharacteristic=1peak=1.2conc=2e20n.typedirection=yregions=4saveoutf=bjt62.strtonyplotbjt62.str#setmaterialmodelsetc.materialtaun0=5e-6taup0=5e-6contactname=emittern.polysurf.reccontactname=basecommon=base1shortmodelsbipolarprint#