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硅材料半导体器件基本模型研究

发布时间:2018-02-02 06:07

  本文关键词: 半导体器件 漂移扩散方程 数值模拟 仿真软件 出处:《电子科技大学》2015年硕士论文 论文类型:学位论文


【摘要】:在最初的时候,人们采用解析的方法对半导体器件进行分析,虽然这种方法能够分析出一些器件的特性,但是一旦器件结构稍微复杂,分析起来就会加倍的困难。众所周知,集成电路的发展速度是非常惊人的,但是解析的方法却难以跟上集成电路发展的脚步。半导体数值模拟技术就是在这种大背景下逐渐发展起来的,它基于半导体器件必须满足的基本方程,然后通过一步步的离散、数值求解得出器件的参数和特性。而本文研究的基本模型就是对基本方程及基本方程涉及的物理量的处理过程。本文介绍的是基于硅材料的半导体器件基本模型,具体包括漂移扩散模型、复合率模型和迁移率模型等。迄今为止国内还没有一款真正通用的半导体器件数值模拟软件,我国的半导体器件数值分析工作绝大多数都是由国外的商用软件完成的。但是国外的软件不仅价格昂贵,而且相对高级的模块还不对我国开放,这极大的限制甚至阻碍了我国半导体器件行业的发展。而本文所研究的半导体器件基本模型就是为制作通用半导体仿真软件打基础。硅材料是现阶段技术开发最成熟的半导体材料,同时也是资料最全面的,所以将它作为最初始研究的材料是最有意义的,而且也是最可行的。本文主要分为两个部分:理论部分和仿真部分。在理论部分,首先给出半导体器件遵循的漂移扩散方程,然后用有限体积法对它进行离散,得出具体网格点的求解方程组。再根据网格点的求解方程组进行编程,计算出系数矩阵,求解系数矩阵得出反映半导体器件特性的数值结果。仿真部分是为了验证模型的正确性及软件是否可用,本文专门模拟了一些半导体器件。从最简单的PN结二极管开始,到肖特基二极管、二维PN结二极管、二极管的反向特性曲线、三极管和MOS器件等。每个器件模型都经历了建模、电势求解、IV曲线求解和验证、修改的过程。
[Abstract]:In the beginning, people used analytical method to analyze semiconductor devices. Although this method can analyze the characteristics of some devices, but once the device structure is slightly complex. Analysis will double the difficulty. As we all know, the speed of the development of integrated circuits is amazing. However, analytical methods are difficult to keep up with the development of integrated circuits. Semiconductor numerical simulation technology is developed under this background, which is based on the basic equations that semiconductor devices must satisfy. And then discretize step by step. The basic model studied in this paper is the process of dealing with the basic equation and the physical quantity involved in the basic equation. The basic model of semiconductor device based on silicon material is introduced in this paper. . Including drift-diffusion model, recombination model and mobility model, so far, there is not a real universal numerical simulation software for semiconductor devices in China. Most of the numerical analysis of semiconductor devices in China is done by foreign commercial software, but the foreign software is not only expensive, but also relatively advanced modules are not open to our country. This greatly restricts and even hinders the development of semiconductor device industry in China. The basic model of semiconductor device studied in this paper is to lay the foundation for the manufacture of general semiconductor simulation software. Silicon material is the most important technology development at the present stage. Mature semiconductor material. At the same time, it is also the most comprehensive data, so it is the most meaningful as the most initial research materials, and is the most feasible. This paper is divided into two parts: theoretical part and simulation part. In the theoretical part. First, the drift diffusion equation of semiconductor devices is given, then the finite volume method is used to discretize it, and the solution equations of specific grid points are obtained, and then the programming is carried out according to the solution equations of grid points. The coefficient matrix is calculated and the numerical results reflecting the characteristics of semiconductor devices are obtained by solving the coefficient matrix. The simulation part is to verify the correctness of the model and whether the software is available. This paper simulates the reverse characteristic curves of semiconductor devices from the simplest PN junction diodes to Schottky diodes, two-dimensional PN junction diodes, and diodes. Each device model has gone through the process of modeling, potential solving, IV curve solving, verification and modification.
【学位授予单位】:电子科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TN303

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本文编号:1483805

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