《Silvaco TCAD軟件構(gòu)建二極管結(jié)構(gòu)及其仿真研究》10000字（論文）

第第[12]。圖3.7保護(hù)環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖3.4.3結(jié)終端擴(kuò)展結(jié)構(gòu)結(jié)終端擴(kuò)展結(jié)構(gòu)(如圖3.8所示)，諸如，在N型半導(dǎo)體材料的情況下，經(jīng)過離子注入在肖特基結(jié)的末端出現(xiàn)P型區(qū)域，利用高溫退火限制P型區(qū)域的長度和結(jié)深，最終會擴(kuò)展主結(jié)的限度，改造元器件表面上的電場散步。對于JTE結(jié)構(gòu)而言，離子注入量和解火的溫度和時(shí)間是JTE結(jié)構(gòu)更加好體現(xiàn)作用的關(guān)鍵。除此以外，鑒于JTE構(gòu)造對界面上電荷極度敏銳，于是設(shè)備外表面的鈍化處理也很關(guān)鍵。圖3.8結(jié)終端擴(kuò)展結(jié)構(gòu)示意圖3.4.4浮空金屬環(huán)結(jié)構(gòu)浮空金屬環(huán)結(jié)構(gòu)(圖3.9中所示)在裝置正電極外圍聚積一些金屬環(huán)，而且此類金屬環(huán)也與原料產(chǎn)生肖特基接觸。鑒于在圓圈上是沒有另加額外的電壓，故此被叫做“浮空”，此時(shí)的圓圈和底下的半導(dǎo)體等的電勢。主要連接點(diǎn)的高溫領(lǐng)域反偏電壓的增大，帶外側(cè)逐漸擴(kuò)散，這就是金屬指環(huán)領(lǐng)域，金屬指環(huán)是電位達(dá)到高溫領(lǐng)域得到進(jìn)一步提高，原來的主要連接點(diǎn)的端部采用集中效果減弱，元器件的反方向耐壓的能力提升。對于懸浮的金屬環(huán)構(gòu)件，金屬環(huán)的寬度、數(shù)量和金屬環(huán)之間的間隙是該構(gòu)件可不可以彰顯更好性能的決定性影響因素。圖3.9浮空金屬環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖3.5二極管的應(yīng)用（1）整流二極管整流二極管具有整流特性，它能流過非常大的電流（最高達(dá)到數(shù)千安培），適用于低頻整流電路中。（2）發(fā)光二極管發(fā)光二極管也叫LED管,當(dāng)它流過正向的電流時(shí)，就能夠發(fā)亮。原料的差異也能夠發(fā)送出去不一樣的顏色的光，比如紅、黃、綠、橙和藍(lán)光等。LED最重要的可以作為顯示設(shè)備，能夠獨(dú)立運(yùn)用，如電源指示燈、測控電路中的各項(xiàng)工作狀態(tài)指示燈等，它也通常被制作成條形發(fā)光器件和七段數(shù)碼管。（3）穩(wěn)壓二極管一般來說，穩(wěn)壓二極管的工作區(qū)域是在反向擊穿區(qū)。它具有穩(wěn)定化功能，是需要一個(gè)合適阻值的限流電阻和穩(wěn)壓管來進(jìn)行串聯(lián)，才不至于發(fā)生破壞性的熱損害。（4）光電二極管光電二極管的使用方法是反向偏移，在正常光照的情況下，反向電流的大小跟著光照強(qiáng)度的增大而變大。在看不到光的環(huán)境下，光電二極管反向電流的大小和日常二極管的大小同樣低。第四章帶終端結(jié)構(gòu)的二極管器件的仿真設(shè)計(jì)4.1肖特基二極管器件設(shè)計(jì)及仿真前一部分代碼中的語句是用對器件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行一個(gè)定義，后面一部分代碼是對二極管進(jìn)行一個(gè)性能的仿真，包括電學(xué)特性。圖4.1和圖4.2為初始摻雜濃度為5.e16時(shí)得到的肖特基二極管的V-I特性曲線定義X長度0-12umY長度0-5um材料為硅陽極最小值為5um長度為2um位于器件頂端陰極位于器件底部圖4.1肖特基二極管的V-I特性曲線圖圖4.2肖特基二極管器件結(jié)構(gòu)剖面圖（電極圖）由肖特基二極管的特性曲線圖可知伴隨著正電極電壓力的逐漸增大交流電也相繼升高，二極管能夠正向的接通。4.2摻雜濃度的影響在終端條件不改變的情況下，保護(hù)環(huán)的寬度也不改變時(shí)，我們對摻入的Si外延雜質(zhì)的濃度進(jìn)行改變，然后觀察它們的狀態(tài)變化，可以用SilvacoTCAD得到以下的仿真圖以及伏安特性曲線。圖4.3和圖4.4初始摻雜濃度為5.e15時(shí)得到的二極管的V-I特性曲線。圖4.3二極管的V-I特性曲線圖圖4.4二極管器件結(jié)構(gòu)剖面圖（電極圖）圖4.5和圖4.6初始摻雜濃度為5.e17時(shí)得到的二極管的V-I特性曲線圖4.5二極管的V-I特性曲線圖圖4.6二極管器件結(jié)構(gòu)剖面圖（電極圖）圖4.7和圖4.8初始摻雜濃度為5.e18時(shí)得到的二極管的V-I特性曲線圖圖4.7二極管的V-I特性曲線圖圖4.8二極管器件結(jié)構(gòu)剖面圖（電極圖）表1濃度與電壓之間的數(shù)據(jù)關(guān)系表圖4.9：I-V曲線的關(guān)系圖結(jié)合表1和圖4.9幾種伏安特性曲線圖，我們可以了解到不同濃度的Si外延層雜質(zhì)，它的V-I特性曲線的變化并不是特別明顯，隨著陽極電壓的增大電流也是增大的，二極管也是可以正向?qū)ǖ摹?.3保護(hù)環(huán)長度的影響在終端條件不改變的情況下，半導(dǎo)體的摻雜濃度也不改變時(shí)，我們對保護(hù)環(huán)長度進(jìn)行改變，然后觀察它們的狀態(tài)變化，可以用SilvacoTCAD仿真得到以下的仿真圖以及伏安特性曲線。圖4.10和圖4.11為保護(hù)環(huán)長度為1μm所得到的V-I特性曲線圖4.10二極管器件結(jié)構(gòu)剖面圖（電極圖）圖4.11二極管的V-I特性曲線圖圖4.12和圖4.13為保護(hù)環(huán)長度為2μm所得到的V-I特性曲線圖4.12二極管器件結(jié)構(gòu)剖面圖（電極圖）圖4.13二極管的V-I特性曲線圖圖4.14和圖4.15為保護(hù)環(huán)長度為3μm所得到的V-I特性曲線圖4.14二極管器件結(jié)構(gòu)剖面圖（電極圖）圖4.15二極管的V-I特性曲線圖圖4.16和圖4.17為保護(hù)環(huán)長度為4μm所得到的V-I特性曲線圖4.16二極管器件結(jié)構(gòu)剖面圖（電極圖）圖4.17二極管的V-I特性曲線圖表2環(huán)長與電壓之間的數(shù)據(jù)關(guān)系表圖4.18：I-V曲線的關(guān)系圖結(jié)合表2和圖4.18幾種伏安特性曲線圖，我們可以了解到不同長度的保護(hù)環(huán)和電壓之間的關(guān)系，它的V-I特性曲線都是不同的，隨著陽極電壓的增大保護(hù)環(huán)的陰極電流也是增大的，但是增大到某個(gè)點(diǎn)之后就逐漸趨于平緩狀態(tài)，曲線幾乎重合，而且不論保護(hù)環(huán)長度為多少的二極管也是可以正向?qū)ǖ摹Ｖ轮x結(jié)論本文一開始對二極管有了一個(gè)簡單的介紹，發(fā)現(xiàn)簡單的一些二極管無法滿足我們目前想要實(shí)現(xiàn)的一些功能。于是介紹了肖特基二極管，肖特基二極管是最近幾年開發(fā)出來的低耗電、大電流、超高速的半導(dǎo)體器件。它的一些顯著的特點(diǎn)是別的二極管沒有辦法比的。肖特基二極管在實(shí)際使用中的反向偏置電壓將大大低于它的標(biāo)稱值，并且它的電場分布不是很均勻，工作時(shí)非常容易反向擊穿，然后通過在器件中添加終端結(jié)構(gòu)來提高擊穿電壓。板場技術(shù)是在肖特基二極管(SBD)中頻繁運(yùn)用的連接末端技術(shù)。鑒于肖特基表面上的電場不均勻分布，出現(xiàn)較為嚴(yán)重的電場聚積現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了肖特基二極管的反方向電阻，分?jǐn)嘈再|(zhì)，引起裝置有可能會早期的時(shí)候穿透。場板以致肖特基結(jié)周圍的空間中電荷區(qū)足以拓展，使肖特基結(jié)附近的的電場分布被削弱，減低電場聚積作用效果，以提高擊穿電壓。本文使用SilvacoTCAD軟件對帶終端結(jié)構(gòu)的肖特基二極管進(jìn)行仿真，通過改變硅材料的摻雜濃度和保護(hù)環(huán)長度等因素來分析對帶終端結(jié)構(gòu)的肖特基二極管的伏安特性的影響。在終端條件不改變的情況下，保護(hù)環(huán)的寬度也不改變時(shí)，我們對摻入的Si外延雜質(zhì)的濃度進(jìn)行改變，然后分析不同濃度的Si外延層雜質(zhì)，它的V-I特性曲線趨于平緩變化并不是特別明顯，隨著陽極電壓的增大電流也是增大的，二極管也是可以正向?qū)ǖ?。保護(hù)環(huán)技術(shù)也是在器件中添加終端結(jié)構(gòu)最常用的技術(shù)之一，可以減少表面分離，分散不均勻，增強(qiáng)表面擊穿電場，使每個(gè)保護(hù)環(huán)都發(fā)揮分壓作用，提高擊穿電壓，使用保護(hù)環(huán)最顯著的優(yōu)點(diǎn)是其結(jié)構(gòu)比較簡單。增加保護(hù)環(huán)結(jié)構(gòu)是為了減少漏泄電流，如果沒有保護(hù)環(huán)金屬外環(huán)對半導(dǎo)體的注入會非常明顯，所以加保護(hù)環(huán)，讓電流從金屬的內(nèi)徑傳輸?shù)桨雽?dǎo)體中。在終端條件不改變的情況下，半導(dǎo)體的摻雜濃度也不改變時(shí)，我們對保護(hù)環(huán)長度進(jìn)行改變，不同長度的保護(hù)環(huán)和電壓之間的關(guān)系，它的V-I特性曲線都是不同的，隨著陽極電壓的增大保護(hù)環(huán)的陰極電流也是增大的，但是增大到某個(gè)點(diǎn)之后就逐漸趨于平緩狀態(tài)，曲線幾乎重合，電壓電流與保護(hù)環(huán)長度無關(guān)，而且不論保護(hù)環(huán)長度為多少的二極管都是可以正向?qū)ǖ?。這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我了解到了我從來沒有接觸過的東西，也激發(fā)了我不斷探索未知的能力，半導(dǎo)體器件在生活中已經(jīng)起到了至關(guān)重要的作用，我們應(yīng)該繼續(xù)學(xué)習(xí)和發(fā)掘更多半導(dǎo)體器件的強(qiáng)大的功能。參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)王巖峰,閔春燕.仿真技術(shù)在半導(dǎo)體和集成電路生產(chǎn)流程優(yōu)化中的應(yīng)用[J].集成電路應(yīng)用,2003(09):76-79.唐云.SilvacoTCAD仿真在《集成電路工藝》課程教學(xué)中的應(yīng)用[J]．湖南科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2018(10):27-29.AtlasUser'sManualDeviceSimulationSoftware[CJ].ISEIntegratedSystemEngineering,Inc2005.趙春勇.具有終端結(jié)構(gòu)β-Ga_2O_3肖特基勢壘二極管的研究[D].西安電子科技大學(xué),2021.陳琳.基于SilvacoTCAD軟件的肖特基梁式引線二極管的設(shè)計(jì)與研制[D].電子科技大學(xué),2014.胡宴如，耿蘇燕．模擬電子技術(shù)（第五版）[M]．北京：高等教育出版社，2015.9．于雪婷.氧化鎵肖特基二極管高壓終端結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[D].西安電子科技大學(xué),2020.李榮華,孟衛(wèi)民,彭應(yīng)全,等.陰極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