半导体专业实验补充silvaco器件仿真

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1、实验2PN结二极管特性仿真1、实验内容（1）PN结穿通二极管正向I-V特性、反向击穿特性、反向恢复特性等仿真。（2）结构和参数：PN结穿通二极管的结构如图1所示，两端高掺杂，n-为耐压层，低掺杂，具体参数：器件宽度4μm，器件长度20μm，耐压层厚度16μm，p+区厚度2μm，n+区厚度2μm。掺杂浓度：p+区浓度为1×1019cm-3，n+区浓度为1×1019cm-3，耐压层参考浓度为5×1015cm-3。0Wp+n-n+图1普通耐压层功率二极管结构2、实验要求（1）掌握器件工艺仿真和电气性能仿真程序的设计（2）掌握普通耐压层击穿电压与耐压层厚度、浓度

2、的关系。3、实验过程#启动Athenagoathena#器件结构网格划分；linexloc=0.0spac=0.4linexloc=4.0spac=0.4lineyloc=0.0spac=0.5lineyloc=2.0spac=0.1lineyloc=10spac=0.5lineyloc=18spac=0.1lineyloc=20spac=0.5#初始化Si衬底；initsiliconc.phos=5e15orientation=100two.d#沉积铝；depositalumthick=1.1div=10#电极设置electrodename=anode

3、x=1electrodename=cathodebackside#输出结构图structureoutf=cb0.strtonyplotcb0.str#启动Atlasgoatlas#结构描述dopingp.typeconc=1e20x.min=0.0x.max=4.0y.min=0y.max=2.0uniformdopingn.typeconc=1e20x.min=0.0x.max=4.0y.min=18y.max=20.0uniform#选择模型和参数modelscvtsrhprintmethodcarriers=2impactselb#选择求解数值方法

4、methodnewton#求解solveinitlogoutf=cb02.logsolvevanode=0.03solvevanode=0.1vstep=0.1vfinal=5name=anode#画出IV特性曲线tonyplotcb02.log#退出quit图2为普通耐压层功率二极管的仿真结构。正向I-V特性曲线如图3所示，导通电压接近0.8V。图2普通耐压层功率二极管的仿真结构图3普通耐压层功率二极管的正向I-V特性曲线运用雪崩击穿的碰撞电离模型，加反向偏压，刚开始步长小一点，然后逐渐加大步长。solvevanode=-0.1vstep=-0.1vf

5、inal=-5name=anodesolvevanode=-5.5vstep=-0.5vfinal=-20name=anodesolvevanode=-22vstep=-2vfinal=-40name=anodesolvevanode=-45vstep=-5vfinal=-240name=anode求解二极管反向IV特性，图4为该二极管的反向I-V特性曲线。击穿时的纵向电场分布如图5所示，最大电场在结界面处，约为2.5×105V•cm-1，在耐压层中线性减小到80000V•cm-1。图4普通耐压层功率二极管的反向I-V特性曲线图5普通耐压层功率二极管击穿

6、时的电场分布导通的二极管突加反向电压,需要经过一段时间才能恢复反向阻断能力。电路图如图6所示。设t=0前电路已处于稳态，Id=If0。t=0时，开关K闭合，二极管从导通向截止过渡。在一段时间内，电流Id以di0/dt=-Ur/L的速率下降。在一段时间内电流Id会变成负值再逐渐恢复到零。仿真时先对器件施加一个1V的正向偏压，然后迅速改变电压给它施加一个反向电压增大到2V。solvevanode=1logoutf=cj2_1.logsolvevcathode=2.0ramptime=2.0e-8tstop=5.0e-7tstep=1.0e-10反向恢复特性仿

7、真时，也可以采用如图7的基本电路，其基本原理为：在初始时刻，电阻R1的值很小，电阻R2的值很大，例如可设R1为1×10-3，R2为1×106；电感L1可设为3nH；电压源及电流源也分别给定一个初始定值v1，i1；那么由于R2远大于R1，则根据KCL可知，电流i1主要经过R1支路，即i1的绝大部分电流稳定的流过二极管，二极管正向导通，而R2支路几乎断路，没有电路流过。然后，在短暂的时间内，使电阻R2的阻值骤降。此时，电阻器R2作为一个阻源，其阻值在极短的时间间隔内以指数形式从1×106下降到1×10-3。这一过程本质上是使与其并联的连在二极管阳极的电流源i

8、1短路，这样电流i1几乎全部从R2支路流过，而二极管支路就没有i1的分流，此刻电