Моделирование внутреннего р-п-перехода с минимальным топологическим размером 20 нм при электрическом воздействии на электроды
На этом же этапе задаются концентрации носителей в областях интегральной структуры внутреннего р-л-перехода. Так, концентрация дырок в области рх составляет 1015 носителей/см3, а концентрация электронов в области п2 — 1019 носителей/см3. Рис. 4.4. Результаты моделирования в сечении внутреннегор-л-перехода для следующих функций: а) скорость дырок; б) квазипотенциал Ферми для дырок; в) подвижность… Читать ещё >
Моделирование внутреннего р-п-перехода с минимальным топологическим размером 20 нм при электрическом воздействии на электроды (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Смысл символа в структурной формуле р-«л можно передать словом «содержит»: «р содержит л».
На рисунках 4.1−4.3 показаны этапы подготовки данных для 2D моделирования р->л-перехода [90]. Рисунок 4.1 иллюстрирует 2D конструкцию (сечение) внутреннего р-п-перехода. Физическому р-л-переходу соответствует линия EFGI, находящаяся внутри основного материала полупроводника. Наличие проводников, через которые осуществляется электрическое воздействие на полупроводниковые области, может быть определено заданием топологии и свойств контактов. Так, линия ABCD, линия соприкосновения проводника с остальной кон;
Рис. 4.1. Определение 2D конструкции (сечения) внутреннего р-л-перехода.
Рис. 4.2. Назначение материалов внутреннего р-п-перехода.
Рис. 4.3. Задание сетки для 2D моделирования по сечению внутреннего р-л-перехода.
струкцией, соответствует контакту анода (Anode), а аналогичная симметрично расположенная линия — контакту катода (Cathode).
На рисунке 4.2 показано назначение материалов для внутреннего р-л-перехода: область рх — область кремния p-типа (область с дырочной проводимостью), область п2 — область кремния л-типа (область с электронной проводимостью), Ох — изолирующий контакт Si02.
На этом же этапе задаются концентрации носителей в областях интегральной структуры внутреннего р-л-перехода. Так, концентрация дырок в области рх составляет 1015 носителей/см3, а концентрация электронов в области п2 — 1019 носителей/см3.
На рисунке 4.2 можно видеть белые линии — это топологическая сетка с размером ячейки Xg = 20 нм и = 20 нм. Размер ячейки определен исходя из минимального топологического размера в 20 нм. На основе этих условий размеры топологических частей структуры представлены значениями из таблицы 4.7.
После определения типа, размеров и концентрации носителей в областях интегральной структуры задается расчетная сетка для моделирования характеристик внутреннего р-п-перехода (рис. 4.3).
Топологические размеры для моделирования внутреннего р—л-перехода Таблица 4.7.
Pi. | л2 | Ох. | Anode. | Cathode. | |
Ширина Wx, нм. | |||||
Высота HY, нм. |
В данном эксперименте максимальный размер расчетной сетки был выбран 10 нм, минимальный — 2,5 нм.
На рисунке 4.3 видно, что более густая сетка наблюдается в области самого перехода, а также в областях мелкомасштабных изменений структуры, в частности, в областях стравленного оксида.
Использование наименьшего размера расчетной сетки в случае топологической необходимости позволяет минимизировать время моделирования структуры. В случае необходимости минимальный и максимальный размеры расчетной сетки можно менять. После задания топологических данных необходимо определить физические модели для расчета.
Файл для моделирования. Файл состоит из нескольких частей:
File f 1. Блок File, в котором.
* input Files задаются имена.
Grid = «PN_in_3D_l_msh. tdr» входных и выходных.
Doping = «PN_in_3D_l_msh.tdr» файлов.
* Output Files.
Current = «PN_in_3D_l_rs.pit» .
Plot = «PN_in_3D_l_rs.tdr» .
Output — «PN_in_3D_l_rs.log».
}.
Electrode { 2. Блок Electrode,.
{ Name-" anode" Voltage=0.0 } в котором описываются.
{ Name="cathode" Voltage=0.0 Resistor=100} электроды.
}.
Physics I 3. Блок Physics,.
Mobility (DopingDep HighFieldSat Enormal) в котором учитываются EffectivelntrinsicDensity (OldSlotboom) дополнительные.
) физические эффекты, помимо стандартных.
plot f 4. Блок Plot, в котором.
eDensity hDensity eCurrent hCurrent задается список.
Potential SpaceCharge ElectricField моделируемых.
eMobility hMobility eVelocity hVelocity функций.
Doping DonorConcentration AcceptorConcentration }.
Solve 1 5. Блок Solve. В нем.
*- Build-up of initial solution: определяются.
Coupled (Iterations=100) { Poisson } основные уравнения.
Coupled! Poisson Electron Hole } моделирования, условия.
*- Bias drain to target bias моделирования,.
Quasistationary (изменяемые входные.
InitialStep=0.01 Incremental.35 функции.
MinStep=le-5 MaxStep=0.2.
Goal! Name="cathode" Voltage= 0.05 }.
){ Coupled{ Poisson Electron Hole } }.
*- Gate voltage sweep Quasistationary (.
InitialStep=le-3 Increments.35 MinStep=le-5 MaxStep=0.05 Goal! Name="anodc" Voltage= 1.5 }.
){ Coupled{ Poisson Electron Hole } }.
Результаты, полученные при моделировании на основе параметров расчетного файла, представлены на рисунках 4.4−4.6.
Время моделирования составило 62 с на ПК с процессором 2,6 ГГц и оперативной памятью 1 ГБт.
Результаты моделирования внутреннего р-л-наиоперехода можно разделить на 2 части:
- • значения функций в сечении наноструктуры внутреннего р-л-перехода (рис. 4.4, 4.5);
- • графики функций (рис 4.6).
На рисунке 4.4 представлены результаты моделирования в сечении внутреннего р-л-перехода для следующих функций:
- а) скорость дырок;
- б) квазипотенциал Ферми для дырок;
- в) подвижность дырок;
- г) плотность дырок;
д) плотность тока дырок;
- е) скорость электронов;
- ж) квазипотенциал Ферми для электронов;
з) подвижность электронов;
и) плотность электронов.
На рисунке 4.5 приводится продолжение результатов моделирования в сечении внутреннего р-л-перехода для следующих функций:
- а) плотность тока электронов;
- б) пространственный заряд;
- в) квазипотенциал Ферми;
- г) электростатический потенциал;
- д) напряженность электрического поля;
- е) концентрация носителей;
- ж) концентрация доноров;
- з) концентрация акцепторов;
- и) на этом рисунке повторена сетка и система узлов, в которых рассчитывались 17 вышеперечисленных функций.
Рис. 4.4. Результаты моделирования в сечении внутреннегор-л-перехода для следующих функций: а) скорость дырок; б) квазипотенциал Ферми для дырок; в) подвижность дырок; г) плотность дырок; д) плотность тока дырок; е) скорость электронов;
ж) квазипотенциал Ферми для электронов; з) подвижность электронов; и) плотность электронов.
Рис. 4.5. Результаты моделирования (продолжение) в сечении внутреннегор-п-пе- рехода для следующих функций: а) плотность тока электронов; б) пространственный заряд; в) квазипотенциал Ферми; г) электростатический потенциал; д) напряженность электрического поля; е) концентрация носителей; ж) концентрация доноров;
з) концентрация акцепторов; и) на этом рисунке повторена сетка и система узлов, в которых рассчитывались 17 вышеперечисленных функций.
Рис. 4.6. Г рафики функций для внутреннего р-л-перехода в зависимости от входного (на аноде) напряжения: а) ток дырок в области катода; б) ток дырок в области анода; в) ток электронов в области катода; г) ток электронов в области анода; д) общий ток в области катода; е) общий ток в области анода; ж) заряд в области катода; з) заряд в области анода; и) функция входного напряжения (на аноде) от времени На рисунке 4.6 можно видеть графики следующих функций для внутреннего р-л-перехода в зависимости от входного (на аноде) напряжения:
- а) ток дырок в области катода;
- б) ток дырок в области анода;
- б) ток электронов в области катода;
- г) ток электронов в области анода;
- д) общий ток в области катода;
- е) общий ток в области анода;
- ж) заряд в области катода;
.?) заряд в области анода;
и) функция входного напряжения (на аноде) от времени.