Помощь в учёбе, очень быстро...
Работаем вместе до победы

Варикап со ступенчато-градиентным профилем распределения концентрации примеси

Диссертация: Варикап со ступенчато-градиентным профилем распределения концентрации примеси
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Разработанное уже в середине 80-х годов 20-го века технологическое оборудование обеспечивает различную степень сложности профилей распределения примеси в полупроводниковых структурах, регулирует глубину залегания р-п перехода, управляет степенью легирования полупроводника с высокой точностью. Из проведенного анализа литературы следует, что и в 21-м веке основным материалом для производства… Читать ещё >

Содержание

  • 1. Современное состояние конструкций и технологии изготовления элементов нелинейной емкости
    • 1. 1. Анализ элементов нелинейной емкости, управляемой напряжением
    • 1. 2. Основные параметры нелинейных емкостей
    • 1. 3. Обзор технологии изготовления полупроводниковых варикапов
  • Выводы
  • 2. Решение уравнения Пуассона и расчет основных статических характеристик варикапа со ступенчато-градиентным профилем распределения примеси
    • 2. 1. Решение уравнения Пуассона для ступенчато-градиентного профиля распределения примеси в базе варикапа
    • 2. 2. Расчет основных статических характеристик варикапа со ступенчато — градиентным профилем распределения примеси
    • 2. 3. Оптимизация профилей легирующей примеси
  • Выводы
  • 3. Технология изготовления полупроводниковой структуры со ступенчатоградиентным профилем распределения примеси
    • 3. 1. Расчет технологических режимов изготовления варикапа методом диффузии
    • 3. 2. Расчет технологических режимов изготовления варикапа методом ионной имплантации
    • 3. 3. Расчет технологических режимов молекулярно-лучевой эпитаксии
  • Выводы
  • 4. Моделирование варикапа со сверхрезким р-п — переходом в системе сквозного моделирования полупроводниковых приборов ISE TCAD Release
    • 4. 1. Методика проведения моделирования в программном пакете ISE TCAD Release
    • 4. 2. Моделирование технологии изготовления варикапа с помощью интерактивного компоновщика двумерных структур MDRAW
    • 4. 3. Моделирование технологии изготовления варикапа в программе DIOS
    • 4. 4. Описание моделирования статических характеристик структуры в программе DESSIS
    • 4. 5. Описание моделирования статических характеристик полученной структуры в программе DESSIS
  • Выводы

Варикап со ступенчато-градиентным профилем распределения концентрации примеси (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Актуальность темы

диссертационной работы. С середины 50-х годов прошлого столетия началось бурное развитие микроэлектронных технологий, таких как ионная имплантация, газовая и молекулярно-лучевая эпитаксия с различными видами легирования в процессе роста пленок, методов контроля и диагностики получаемых структур, что позволило создавать совершенно новые полупроводниковые приборы [1].

Разработанное уже в середине 80-х годов 20-го века технологическое оборудование [1−3] обеспечивает различную степень сложности профилей распределения примеси в полупроводниковых структурах, регулирует глубину залегания р-п перехода, управляет степенью легирования полупроводника с высокой точностью. Из проведенного анализа литературы следует, что и в 21-м веке основным материалом для производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем остается кремний [4−11]. Поэтому разработка новых конструкций и усовершенствование технологии изготовления существующих полупроводниковых приборов на основе кремния по-прежнему остается актуальной задачей электронной промышленности.

Использование сегнетоэлектриков для конденсаторов с электрически управляемой емкостью, основанное на изменении емкости от приложенного напряжения, одно из классических применений сегнетоэлектриков сегодня приобретает новый смысл в связи с получением достаточно стабильных сегнетоэлектрических пленок [46 — 50]. Вместе с успехами в этом направлении, позволившими создавать стехиометрические поликристаллические пленки на основе тройных соединений, подобных ВаТЮз, толщиной 1 мкм, когда обеспечивается низкочастотная на 1 кГц диэлектрическая проницаемость более 1000, диэлектрическое поглощение на высоких частотах приводит к сильной частотной зависимости, как диэлектрической проницаемости, так и диэлектрических потерь. Причем даже незначительные отклонения от стехиометрии ведут к снижению проницаемости и росту потерь, что отрицательно влияет на параметры варикондов.

Варикапы в основном находят свое применение в радиотехнических устройствах, таких как радиопередатчики, радиоприемники, а также в измерительной технике. Улучшение основных характеристик варикапа, включая крутизну вольт-фарадной характеристики, коэффициент перекрытия по емкости, способствует уменьшению в радиопередающих устройствах нелинейных искажений при частотной модуляции, упрощает схемотехнику модуляторав радиоприемной аппаратуре — расширяет диапазон электрической перестройки принимаемых частот, снижает необходимое питающее напряжение и массу вторичных источников питания. В результате этого повышается надежность разрабатываемых устройств. Использование варикапов в измерителях амплитудно-частотных характеристик и генераторах сигнала увеличивает линейность преобразования напряжение.

— частота. Синтезаторы частоты радиопередающих и измерительных устройств содержат также генератор управления напряжением, уменьшение коэффициента гармоник выходного сигнала которого и, как следствие этого, внеполосных излучений передатчика достигается совершенствованием параметров варикапа. Это актуально с точки зрения электромагнитной совместимости радиосредств. Поэтому разработка технологических приемов получения полупроводниковых структур — варикапов представляет, научный и практический интересот решения именно этой актуальной задачи зависит успешное применение в электронных схемах таких полупроводниковых структур с улучшенными техническими характеристиками и параметрами.

Цель работы. Разработка физической модели, технологии изготовления и исследование электрических характеристик полупроводниковой нелинейной емкости со ступенчато-градиентным профилем распределения концентрации примеси для обеспечения заданных значений основных параметров.

Основные задачи работы.

1. Разработать физическую модель полупроводниковой структуры и получить аналитические зависимости емкости и коэффициента нелинейности от напряжения, соответствующие физической модели.

2. Определить технологические режимы ионной имплантации и молекулярно-лучевой эпитаксии для формирования ступенчато-градиентного профиля распределения примеси в базе варикапа.

3. Определить оптимальные технологические параметры изготовления структуры, при которых проявляется максимальная нелинейность емкости, и установить взаимосвязь между параметром теории — градиентным коэффициентом распределения примеси и коэффициентом нелинейности.

4. Провести моделирование варикапа в системе сквозного моделирования ISE TCAD 7.0, измерить вольт — фарадные характеристики, коэффициенты нелинейности и перекрытия и установить соответствие аналитической модели полученным результатам.

Научная новизна работы определяется следующими полученными результатами:

— разработана физическая модель полупроводниковой структуры со сложным распределением концентрации примеси, которая обладает лучшими характеристиками по сравнению с варикапами со ступенчатым и обратным градиентом распределения концентрации примеси;

— получены в аналитическом виде основные статические характеристики зависимости барьерной емкости и коэффициента нелинейности от напряжения. Это позволило определить интервалы концентрации примеси и технологические режимы получения ступенчато — градиентного профиля распределения примеси, в результате которых получается структура с высокими значениями начальной удельной емкости и коэффициента нелинейности;

— установлено, что метод ионной имплантации в сочетании с методом молекулярно — лучевой эпитаксией позволяет получать сложные профили распределения концентрации примеси в полупроводниковых структурах. Показано, что при разумном выборе величины градиентного коэффициента, который играет роль параметра теории, наблюдается корреляция между полученным профилем распределения концентрации примеси и аппроксимирующим выражением.

Практическая ценность работы.

Предложенная физическая модель полупроводниковой структуры и полученные аналитические зависимости емкости и коэффициента нелинейности от напряжения определяют условия получения нелинейных емкостей с заданными вольт-фарадными характеристиками. Использование методов ионной имплантации и МЛЭ позволило установить соответствие между параметром теории — градиентным коэффициентом распределения примеси и коэффициентом нелинейности — как выходным параметром варикапа. Это обеспечивает максимальные значения удельной емкости и коэффициента перекрытия.

Реализация и внедрение результатов.

Результаты работы внедрены в НИР «Учебная техника» и «Индустрия образования» по федеральной программе Минобразования «Научное, научно-методическое, материально-техническое и информационное обеспечение системы образования», подпрограмма: «Научное и научно-методическое обеспечение индустрии образования», раздел 6 — системы и комплексы поддержки учебного процесса и научных исследований, подраздел 2 — комплексный анализ и научно-методическое обоснование номенклатуры автоматизированных лабораторных практикумов удаленного доступа по группам инженерных дисциплин.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Физическая модель полупроводниковой нелинейной емкости со сложным распределением концентрации примеси.

2.Результаты анализа теоретических зависимостей коэффициента нелинейности и емкости от напряжения. Влияние параметра теории — градиентного коэффициента на основные электрические параметры варикапа.

3.Технологические режимы изготовления варикапа со ступенчато — градиентным профилем распределения концентрации примеси на основе сочетания ионной имплантации и молекулярно-лучевой эпитаксии. -^.Результаты моделирования структуры в системе ISE TCAD 7.0.

Апробация диссертационной работы.

Основные результаты работы докладывались на конференциях профессорско-преподавательского состава Пензенского гос. университета.

2000 — 2004), III международной научно-технической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы физики» (Саранск, 2001), 1-й Российской конференции молодых ученых по физическому материаловедению (Калуга, 2001), восьмой (Екатеринбург, 2002), девятой (Красноярск, 2003), десятой (Москва, 2004) всероссийских научных конференциях студентов — физиков и молодых ученых, где получен диплом I степени.

Публикации. По тематике исследований опубликовано 10 работ, в том числе 3 статьи и 7 тезисов докладов.

Структура и объем диссертации

Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографии, содержащей 65 наименований. Работа, изложенная на 135 страницах, содержит 5 таблиц, 39 рисунков и 4 приложения.

Основные результаты и выводы диссертации могут быть сформулированы следующим образом:

1. Разработана физическая модель варикапа со ступенчатоградиентным профилем распределения примеси, за счет которого повышена начальная удельная емкость и увеличен коэффициент нелинейности.

2. Получены электрические характеристики варикапа и определен диапазон значений легирующей концентрации примеси, необходимый для получения максимального значения начальной удельной емкости.

3. Разработана технология изготовления нелинейной емкости с заданным законом распределения концентрации примеси и определены оптимальные значения технологических параметров ионной имплантации. При этом достигаются значения коэффициента нелинейности в интервале от 1 до 3 В.

4. Проведено моделирование в системе сквозного моделирования ISE TCAD v. 7.0 варикапа со ступенчато-градиентным профилем распределения примеси и измерены его вольт-фарадные характеристики, рассчитаны коэффициенты нелинейности и перекрытия. Результаты моделирования подтверждают справедливость выбранных приближений модели и электрических характеристик.

Заключение

.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Технология СБИС: в 2-х книгах / Под ред. С. Зи. М.: Мир, 1986 г.
  2. А. Г., Садофьев Ю. Г., Сеничкин А. П. Молекулярно-лучевая эпитаксия (особенности технологии и свойства пленок) // Технология, организация производства и оборудование. Сер. 7, Вып. 14(762). М. 1980.-76 с.
  3. В.И. Физические основы полупроводниковой нанотехно-логии // Соросовский образовательный журнал, № 10, 1998. С. 92 -98.
  4. С., Назиров Д. Э., Акбаров А. Ж., Иминов А. А., Тош-темиров Т.М. Диффузия эрбия в кремний // Письма в ЖТФ, том 24, № 2, 1998.-С. 68−71.
  5. .З., Никифоров А. И., Пчеляков О. П. Фоновое легирование пленок при молекулярно-лучевой эпитаксии кремния // Письма в ЖТФ, том 24, № 3, 1998 С. 24 — 29.
  6. И.Л., Довгошей Н. И. Автодиффузия при эпитаксии на сильнолегированных подложках кремния // Физика и химия обработки материалов, № 2, 1998. С. 97 — 98.
  7. В.М., Ахоян А. П., Адамян З. Н., Барсегян Р. С. Лазерная имплантация и диффузия магния в кремний // ЖТФ, том 71, вып. 2, 2001.-С. 67−70.
  8. Г. В. Диффузия бора и фосфора в кремнии при высокотемпературной ионной имплантации // ФТП, том 31, № 4, 1997. С. 385 — 389.
  9. В.Г. Поверхностные фазы и выращивание микроэлектронных структур на кремнии // Соросовский образовательный журнал, № 2, 1997.-С. 107−114.
  10. Ю.Гук Е. Г. Каманин А.В., Шмидт Н. М., Шуман В. Б., Юрре Т. А., Диффузия легирующих примесей из полимерных диффузантов и применение этого метода в технологии полупроводниковых приборов // ФТП, том 33, вып. 3, 1999. С. 257 — 269.
  11. Bohmayr W., Burenkov A., Lorenz J., Ryssel H., and Selberherr S. Trajectory split method for Monte Carlo simulation of ion implantation // IEEE Trans. Semiconductor Manufacturing, vol.8, no.4, 1995. P. 402— 407
  12. Н.Комаров Ф. Ф., Мозолевский И. Е., Матус П. П., Ананич С. Э. Распределение внедренной примеси и выделенной энергии при высокоэнергетической ионной имплантации // ЖТФ, том 67, № 1, 1997. С. 61 — 67.
  13. R. Е., Rose D. J., and Fichtner W. Numerical Methods for Semiconductor Device Simulation // IEEE Trans. Electr. Dev., V. ED-30, 1983. -P. 1031−1041.
  14. Schenk A. and Muller S. Analytical Model of the Metal-Semiconductor Contact for Device Simulation // Simulation of Semiconductor Devices and Processes, vol. 5, Sept. 7−9, Vienna, Austria, 1993. P. 441−444.
  15. О.Г., Никольский M.A. Моделирование характеристик многослойного планарного конденсатора // ЖТФ, том 71, № 1, 2001. С. 117−121.
  16. П.Н., Никольский М. А., Зубко С. П. Применение метода Монте-Карло для моделирования диэлектрического отклика сегнетоэлек-трика // ЖТФ, том 73, № 8, 2003. С. 56−61.
  17. Сегнетоэлектрики в технике СВЧ / Под ред. О. Г. Вендика. М.: Сов. радио, 1979.-269 с.
  18. .М. Физика диэлектрических материалов. М.: Энергоиздат, 1982.-320 с.
  19. JI. С. Введение в физику варикапов JL, Наука, 1968 г. — 178 с.
  20. В. В., Чиркин JL К. Полупроводниковые приборы М: Высш. шк. 2003 — 480 с.
  21. Н.М., Стафеев В. И. Физика полупроводниковых приборов. М.: Радио и связь, 1990. — 264 с.
  22. Н.П., Пасынков В. В., Тареев Б. М. Электротехнические материалы. JL: Энергоатомиздат, 1985. — 304 с.
  23. Вариконды в электронных импульсных схемах/ Под ред. В.Ю. Булы-бенко. М.: Сов. радио, 1971.-272 с.
  24. В.В., Сорокин B.C. Материалы электронной техники: Учеб. для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Высш. шк., 2001. -367 с.
  25. JI. С. Нелинейная полупроводниковая емкость-М.: Физмат-гиз, 1963.-88 с.
  26. В.И. Введение в физику полупроводников: Учеб. пособие для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Высш. шк., 1984. — 352 с.
  27. Т.И., Клочков В. П., Потыкевич И. В. Полупроводниковая электроника: Справочник.- Киев: Наукова думка, 1975. 704 с.
  28. Ю.М., Цветков В. Ф. Технология полупроводниковых и диэлектрических материалов. — М.: Радио и связь, 2002. 423 с.
  29. З.Ю. Технология микроэлектронных устройств: Справочник. — М.: Радио и связь, 1991. 528 с.
  30. А. И., Юдин В. В. Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем М: Высшая школа, 1986.-367 с.
  31. В.В., Соколов И. А., Кузнецов Г. Д. Физико-химические основы технологии полупроводниковых материалов. М.: Металлургия, 1982.-359 с.
  32. Веап J. C, J. Crystal Growth 81, 1987. P. 411−420.
  33. Kasper E., Bean J.C., eds. Silicon Beam Epitaxy // CRC Press, Vol. 1 and 2, 1988.
  34. Bean J.C. Silicon Molecular Beam Epitaxy as a VLSI Processing Technique, IEEE Proc. Int. Electron Device Meet., IEEE, 1981. P. 6.
  35. Reif R. Computer simulation in silicon epitaxy // J. Electrochem. Soc., 1981.-P. 909−918.
  36. Konig U., Kibbel H., Kasper E. MBE: Growth and Sb Doping // J. Vac. Sci. Technol., 16, 1979 P. 985.
  37. Ota Y. Si Molecular Beam Epitaxy (n on n+) with Wide Range Doping Control//Electrochem Soc., 124, 1977-P. 1795
  38. МОП-СБИС. Моделирование элементов и технологических процессов/ Под ред. П. Антонетти, Д. Антониадиса, Р. Даттона, У. Оулдхе-ма: Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1988. — 496 с.
  39. И., Меррей Дж. Физические основы микротехнологии: Пер. с англ. М.: Мир, 1985. — 494 с.
  40. А.Н. Моделирование интегральных микротехнологий, приборов и схем: Учеб. пособие. М.: Высш. шк., 1989. — 680 с.
  41. В. А., Трусова А. Ю. Кремниевые металл-диэлектрик-полупроводник-варикапы с диэлектриком из оксида иттербия // Письма в ЖТФ, том 23, № 12, 1997. С. 50 — 55
  42. Cillessen J.F.M., Prins M.V.J. and Wolf R.M. Thickness dependence of the switching voltage in all oxide ferroelectric thin — film capacitors prepared by pulsed laser deposition // J. Appl. Phys. 81 (6), 15 March, 1997-P. 2777−2783.
  43. Zheng Lirong, Lin Chenglu and Ma Tso Ping. Current — voltage characteristic of asymmetric ferroelectric capacitor // J. Phys. D. Appl. Phys. 29. — 1996 — P. 457 — 461.
  44. Zavala Jenaro, Fendler Janos H. and Trolier Mc. Kistry Susan. Characterization of ferroelectric lead zirconate titanate films by scanning force microssopy // J. Appl. Phys. 81 (11), 1 June, 1997 — P. 7480 — 7491.
  45. Ren S.B., Lu S.J., Shen H.M., Wang Y.N. In site study of the evolution of domain structure in free standing polycrystalline РЬТЮЗ thin films under external stress // Phys. Rev. B, 55, 6, 1997 — P. 3485 — 3489.
  46. Kleer G., Schmitt H., Musel H.E., Ehses K.H. Sputtered ferroelectric thin films of lead germanate // Ferroelectrics, 26, № 1 4, 1980. — P. 757 -760.
  47. B.A. «Нелинейная емкость со сверхрезким р-л-переходом» / А. Н. Головяшкин, В. А. Соловьев //Труды второй международной научно-практической конференции «Современные информационные и электронные технологии» Одесса 2001. — С. 329 — 330.
  48. В.А. Варикап на основе сверхрезкого р-п перехода / А. Н. Головяшкин, В. А. Соловьев // Технология и конструирование в электронной аппаратуре, № 1, 2001 С. 28−30.
  49. В.А. Улучшение основных характеристик варикапа за счет изменения профиля распределения примеси //Тезисы докладов IIIмеждународной научно-технической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы физики» Саранск, 2001. — С. 108.
  50. В.А. Технология получения варикапа со сверхрезким р-п переходом// Сборник материалов 1-й Российской конференции молодых ученых по физическому материаловедению, Калуга, 2001. С. 73.
  51. В.А. Нелинейность варикапа со сверхрезким р-п переходом / P.M. Печерская, В. А. Соловьев //Сб. тез. докл. Восьмой всероссийской научной конференции студентов физиков и молодых ученых, Екатеринбург, 2002. — С. 269−271.
  52. В.А. Моделирование физических процессов, протекающих в твердом теле / P.M. Печерская В. А. Соловьев //Сб. тез. докл. Восьмой всероссийской научной конференции студентов физиков и молодых ученых, Екатеринбург, 2002. — С. 755−756.
  53. В.А. Лабораторный практикум по технологическим дисциплинам / И. А. Аверин, Д. В. Лежнев, В. А. Соловьев //Сборник материалов VI Международной научно-методической конференции «Университетское образование» Пенза, 2002. — С. 409−411.
  54. В.А. Автоматизированный электронный учебный курс / P.M. Печерская, В. А. Соловьев //Сб. тез. докл. Девятой всероссийской научной конференции студентов физиков и молодых ученых, Екатеринбург — Красноярск, 2003. — С. 1042−1044.
  55. G. Hobler, A. Simionescu, L. Palmetshofer, С. Tian, and G. Stingeder. Boron channeling implantations in silicon: Modeling of electronic stopping and damage accumulation // J.Appl.Phys., vol.77, no.8, 1995. P. 3697−3703.
  56. G. Hobler and H. Potzl, Electronic stopping of channeled ions in silicon // Mat.Res.Soc.Symp.Proc., vol.279, 1993. P. 165 — 170.
  57. G. Hobler and S. Selberherr, Monte Carlo simulation of ion implantation into twoand three-dimensional structures // IEEE Trans. Computer-Aided Design, vol.8, no.5, 1989. P. 450 — 459.
  58. Молекулярно-лучевая эпитаксия и гетероструктуры // Под ред. Ж. И. Алферова М.: Мир, 1989. 582 с.
  59. В.А., Печерская Р. М., Медведев С. П. Автоматизированный электронный учебный курс по дисциплине «Твердотельная электроника». М.: ВНТИЦ, 2003. — № 50 200 300 180.
Заполнить форму текущей работой

Пора сдавать?