半导体工艺及器件模拟二课件

1、1半导体器件电学特性仿真 DESSIS1半导体器件电学特性仿真 DESSIS2半导体器件电学特性仿真 DESSIS2半导体器件电学特性仿真 DESSIS3半导体器件电学特性仿真 DESSISDESSIS simulates numerically the electrical behavior of a single semiconductor device in isolation or several physical devices combined in a circuit. Terminal currents A, voltages V, and charges C are comp

2、uted based on a set of physical device equations that describes the carrier distribution and conduction mechanisms.A real semiconductor device, such as a transistor, is represented in the simulator as a virtual device whose physical properties are discretized onto a nonuniform grid of nodes.3半导体器件电学

3、特性仿真 DESSISDESSIS simu4半导体器件电学特性仿真 DESSISTherefore, a virtual device is an approximation of a real device. Continuous properties such as doping profiles are represented on a sparse mesh and, therefore, are only defined at a finite number of discrete points in space.The doping at any point between no

4、des (or any physical quantity) can be obtained by interpolation. Each virtual device structure is described in the ISE TCAD tool suite by two files:The grid (or geometry) fileThe data (or doping) file4半导体器件电学特性仿真 DESSISTherefore, 5半导体器件电学特性仿真 DESSISThe grid (or geometry) file contains a description

5、of the various regions of the device, that is, boundaries, material types, and the locations of any electrical contacts. This file also contains the grid.5半导体器件电学特性仿真 DESSISThe grid (o6半导体器件电学特性仿真 DESSISThe data (or doping) file contains the properties of the device, such as the doping profiles, in

6、the form of data associated with the discrete nodes.6半导体器件电学特性仿真 DESSISThe data (o7半导体器件电学特性仿真 DESSIS1. Creating and meshing device structures Device structures can be created in various ways, including 1D, 2D, or 3D process simulation (DIOS), 3Dprocess emulation (FLoops), and 2D (MDRAW and DEVISE)

7、or 3D (DIP and DEVISE) structure editors.Regardless of the means used to generate a virtual device structure, it is recommended that the structure be remeshed using MDRAW (2D meshing with an interactive graphical user interface or MESH (1D, 2D, and 3D meshing without a GUI) to optimize the grid for

8、efficiency. All device structures used as examples in this section were created and meshed using MDRAW.7半导体器件电学特性仿真 DESSIS1. Creating8半导体器件电学特性仿真 DESSISFor maximum efficiency of a simulation, a mesh must be created with a minimum number of vertices to achieve a desired level of accuracy. For any giv

9、en device structure, the optimal mesh varies depending on the type of simulation. It is recommended that to create the most suitable mesh, the mesh must be densest in those regions of the device where the following are expected:High current density (MOSFET channels, bipolar base regions)High electri

10、c fields (MOSFET channels, MOSFET drains, depletion regions in general)High charge generation (SEU alpha particle, optical beam)8半导体器件电学特性仿真 DESSISFor maximum9半导体器件电学特性仿真 DESSISGenerally, a total node count of 2000 to 4000 is reasonable for most 2D simulations. Large power devices and 3D structures

11、require a considerably larger number of elements.For some situations, no process simulation is required because MDRAW is used to build the device structures and create a suitable mesh.DESSIS is used to simulate the electrical characteristics of the device. Finally, Tecplot_ISE is used to visualize t

12、he output from the simulation in 2D, and INSPECT is used to plot the electrical characteristics.9半导体器件电学特性仿真 DESSISGenerally, 10半导体器件电学特性仿真 DESSIS工艺模拟生成10半导体器件电学特性仿真 DESSIS工艺模拟生成11半导体器件电学特性仿真 DESSIS2. 运行 dessis $提示符下：键入 dessis 空格 文件名包括主文件名加扩展名, 例如 pn_des.cmd3. 编写 dessis 文件 由六部分构成 1) File; 2) Electro

13、de; 3) Physics; 4) Plot; 5) Math; 6) Solve11半导体器件电学特性仿真 DESSIS2. 运行 dess12半导体器件电学特性仿真 DESSIS文件部分，指定输入输出文件File * input files: 注释行 Grid= “diode_mdr.grd“ MDRAW输出，器件几何形状和网格信息 Doping= “diode_mdr.dat”MDRAW输出，器件的掺杂信息 * Parameter= “1.par” 参数文件 * output files: 注释行 Plot= “diode_des.dat” dessis输出文件 Current=dio

14、de_des.plt” dessis输出文件 Output= diode_des.log dessis输出文件 所有文件扩展名固定12半导体器件电学特性仿真 DESSIS文件部分，指定输入输13半导体器件电学特性仿真 DESSIS电极部分Electrode Name=“anode” Voltage= 0.0 Name=“cathode Voltage= 0.0 定义电极，并指定电极上的初始电压值.13半导体器件电学特性仿真 DESSIS电极部分14半导体器件电学特性仿真 DESSIS物理机制部分，选择需要的物理模型Physics Mobility ( DopingDependence 掺杂相关

15、 *HighFieldSat ) 高场饱和 Recombination ( Auger 俄歇复合 SRH (DopingDependence) ) SRH复合 Shockley-Read-Hall 复合14半导体器件电学特性仿真 DESSIS物理机制部分，选择需15半导体器件电学特性仿真 DESSISPlot 绘图部分(一)：需要保存的变量，所有的量都可用 Tecplot_ise软件看图Plot *Fields, Charges, etcPotential ElectricField SpaceChargeeMobility hMobilityeVelocity hVelocity*Dopin

16、g profilesDonorConcentration AcceptorConcentrationDopingConcentration15半导体器件电学特性仿真 DESSISPlot 绘图部分(16半导体器件电学特性仿真 DESSISPlot 绘图部分(二）*Band Structure/CompositionConductionBand ValenceBandBandGap AffinityAvalancheGeneration eAvalancheGenerationhAvalancheGenerationxMoleFraction*Density, CurrenteDensity h

17、DensityeCurrent hCurrentTotalCurrent16半导体器件电学特性仿真 DESSISPlot 绘图部分(17半导体器件电学特性仿真 DESSISPlot 绘图部分(三)* Recombination/Generation ratesSRH Auger TotalRecombination*Driving ForceseQuasiFermi hQuasiFermieGradQuasiFermi hGradQuasiFermi Grad 梯度eEparallel hEparallel 17半导体器件电学特性仿真 DESSISPlot 绘图部分(18半导体器件电学特性仿真

18、 DESSISMath部分: 给出求解器件方程的数学方法Math Extrapolate 在电压扫描时，某一步的初始猜测解是由前两步解 的向外推断得到，此项是”off by default” 。 Iterations=20 在对电压或时间扫描时，每个电压（或时间）点允许 的牛顿算法的最大迭代次数，如果到20次还未收敛，电压或 时间步长减小，由decrement 因子控制，计算继续。 注意保持NotdampedIterations NotDamped=50 Notdamped=50，表示在前50个牛顿数值中 不使用“Damping algorithm” ，缺省值是1000. RelErrCont

19、rol 非线性递推收敛控制（提高控制精度），“ON BY Default” AvalDerivatives 考虑迁移率和雪崩项的解析求导，缺省是考虑，Aval 雪崩。如果是-AvalDerivatives表示不考虑解析求导 18半导体器件电学特性仿真 DESSISMath部分: 给出19半导体器件电学特性仿真 DESSIS求解部分Solve Poisson 采用非线性Poisson方程得到初始偏置电压的初始解 Coupled Poisson Electron Hole 初始偏置下，引入电子空穴连续 性方程，与Poisson方程耦合自洽求解。 Quasistationary ( 得到所有准静态或

20、稳态平衡解 InitialStep=1e-10 Minstep=1e-5 Maxstep=0.3 Increment=1.2 Goal Name=“anode” Voltage=2 ) 阳极电压从0扫描到2V Coupled Poisson Electron Hole 对每一偏压点的器件方程自洽求解19半导体器件电学特性仿真 DESSIS求解部分20半导体器件电学特性仿真 DESSIS在Sovle 一节中，值得提的是Quasistationary作RAMP时的运算机制： 内部变量t在（01）之间变化，软件通过下面的方法算出每部Ramp的电压值，Vinitial+t*(Vgoal-Vinitia

21、l),每步可能增加减少，取决于前面的计算结果。如果前面的结果收敛，那末下一步的SIZE将提高（Increment 决定），如果不收敛，则STEPSIZE将缩小Decrment倍，如果STEPSIZE小于minstep则中止仿真，且仿真的step size不能大于maxstep。DeltaT步长。20半导体器件电学特性仿真 DESSIS在Sovle 一节中21半导体器件电学特性仿真 DESSIS还有一点很重要，如果solve部分有两个Quasistationary 语句，后面的Quasistationary 语句将接着前面一个Quasistationary语句接着仿真： 例如：drain从01,

22、ramp，然后下一个语句是gate 从13，那么下一个语句将是保持drain在1，而gate，Ramp from 13.21半导体器件电学特性仿真 DESSIS还有一点很重要，如果22补充gedit pn_dio.cmd1D(file=nside,Xsection(2.0), species(Ptotal),fac=- 1,append=on)save(file=diode)save(file=diode, type=MDRAW, synonyms(Al=metal).Dios pn_dio.cmd运行后, 产生两个文件 diode_mdr.bnd diode_mdr.cmd22补充gedit

23、 pn_dio.cmd23补充利用mdraw工具打开diode_mdr.bnd构建网格后，保存，生成两个文件，diode_mdr.grd diode_mdr.dat这两个文件作为dessis 的输入文件。如果定义dessis输出文件： Plot= “diode_des.dat” Current=diode_des.plt”23补充利用mdraw工具打开diode_mdr.bnd补充求PN结阳极上加1V电压时的能带结构注意:一定要在Electrode结中的阴阳极上加0伏电压, 在 Physics结 中的Goal语句扫描电压到1V, 不能在Electrode 结中直接加1V.24补充求PN结阳极上

24、加1V电压时的能带结构2425INSPECTLoad Datasets打开Dessis的输出文件中的plt文件25INSPECTLoad Datasets打开Dessis26INSPECT26INSPECT27TECPLOT_ISE在提示符下，键入tecplot_ise打开两个文件：Dessis的输入文件*_mdr.grdDessis 的输出文件 *_des.dat27TECPLOT_ISE在提示符下，键入tecplot_i28TECPLOT_ISE28TECPLOT_ISE29TECPLOT_ISE29TECPLOT_ISETECPLOT_ISE30突变PN结平衡态能带结构TECPLOT_I

25、SE30突变PN结TECPLOT_ISE31阳极-0.8V阳极正0.8V 突变PN结TECPLOT_ISE31阳极-0.8V阳极正0.8V 突变INSPECT32INSPECT3233补充33补充34半导体器件电学特性仿真 DESSIS半导体器件模拟介绍1.器件模拟技术发展简况 器件模拟是根据器件的杂质分布剖面结构,利用器件模型,通过计算机计算得到半导体器件终端特性。器件模拟是一项模型技术，器件的实际特性可利用这种模型从理论上予以模拟，因此它是一种可以在器件研制出来之前预示器件性能参数的重要技术。34半导体器件电学特性仿真 DESSIS半导体器件模拟介绍35半导体器件电学特性仿真 DESSIS

26、器件模拟有两种方法：器件等效电路模拟法依据半导体器件的输入、输出特性建立模型分析它们在电路中的作用，不关心器件内部的微观机理，在电路模拟中常用。器件物理模拟法从器件内部载流子的状态及运动出发，依据器件的几何结构及杂质分布，建立严格的物理模型及数学模型，运算得到器件的性能参数，这种方法能深刻理解器件内部的工作原理、能定量分析器件性能参数与设计参数之间的关系。35半导体器件电学特性仿真 DESSIS器件模拟有两种方法：36半导体器件电学特性仿真 DESSIS器件物理模拟三种常用数值计算方法： 有限差分法 有限元法 Monte Carlo法前二种是离散数值模拟，是模拟常规半导体器件主要方法其中有限差

27、分法是最早发展起来的，方法比较简单，容易掌握，但是几何边界复杂的半导体器件，用有限差分法碰到较大的困难;有限元法与有限差分法相比，对区间的离散方法比较自由，容易适应复杂的器件边界。36半导体器件电学特性仿真 DESSIS器件物理模拟三种常用37半导体器件电学特性仿真 DESSIS第三种Monte Carlo法是统计模拟，以载流子在器件中运 动时的散射过程为基础，逐个跟踪每一载流子的运动。37半导体器件电学特性仿真 DESSIS第三种Monte C38半导体器件电学特性仿真 DESSIS输运方程的描述半导体器件中载流子输运的描述包括:经典输运模型量子力学理论输运模型Monte Carlo模拟法.

28、38半导体器件电学特性仿真 DESSIS输运方程的描述39半导体器件电学特性仿真 DESSIS经典输运已经学过的基本半导体方程，包括：电流连续性方程电流输运方程泊松方程39半导体器件电学特性仿真 DESSIS经典输运电流连续性方40半导体器件电学特性仿真 DESSIS一维情况下,上述方程组可化简为：电流连续性方程电流输运方程泊松方程40半导体器件电学特性仿真 DESSIS一维情况下,上述方程41半导体器件电学特性仿真 DESSIS如果是一维模拟，只需解一维方程组即可；如方程中p及n对t的导数为零，则为稳态分析；当含时间t的方程求解为瞬态分析。也能相应地求解二、三维方程组。求解思路：由工艺模拟得

29、到或自定义的杂质浓度分布输入到器件模拟程序，从电子和空穴的输运方程、连续性方程、泊松方程出发，解出器件中的电势分布和载流子分布，从而得到器件IV特性等电特性。41半导体器件电学特性仿真 DESSIS如果是一维模拟，只需42半导体器件电学特性仿真 DESSIS经典输运模型包括：1.扩散-漂移模型该模型以上述基本半导体方程组（包括连续性、输运、泊松等方程）作为理论基础。这是目前器件物理求解方法的主流，已在常规器件的模拟或CAD设计中实用化。电流密度只有满足扩散-漂移形式，才称为扩散-漂移模型.42半导体器件电学特性仿真 DESSIS经典输运模型包括：需要强调的是: 在扩散-漂移模型中，空穴的净电流

30、密度为其中利用半导体器件电学特性仿真 DESSIS需要强调的是: 在扩散-漂移模型中，空穴的净电流密度为其中利44半导体器件电学特性仿真 DESSISdxdEpdxdEdxdEqdxdEqpqJFPFiippmm=-=)(11称为准费米势，同理44半导体器件电学特性仿真 DESSISdxdEpdxdEd45半导体器件电学特性仿真 DESSIS扩散-漂移模型的基本假设有：（1）多次碰撞假设：载流子在外电场下的漂移用迁移率表示，载流子运动平均行为偏离用扩散系数表示。它们都是电场E的函数。多次碰撞的含义是：无论电场变化多快，载流子都能在新的电场值上达到新的平衡态，从而具有新的平均漂移速度和扩散系数，

31、这就只有通过载流子经受多次碰撞才能实现。多次碰撞假设要求载流子在器件特征尺寸之内（如MOS栅长，PN结耗尽层宽度等）经受多次随机的碰撞。45半导体器件电学特性仿真 DESSIS扩散-漂移模型的基本46半导体器件电学特性仿真 DESSIS目前的超大规模IC、超高速IC和微波技术发展，已把器件的特征尺寸推到深亚微米乃至纳米级，电子渡越MOSFET栅下沟道的时间可与电子平均自由时间相比拟，这时电子经多次碰撞达到动态平衡的条件就不成立。(2)低电场条件：在漂移扩散模型中，Jn、Jp的表达式和爱因斯坦关系实际上是玻尔兹曼方程在低场假设条件下采用微扰法所得的近似解。如果器件有很强的不均匀电场、时间上快速变

32、化的场强，就与低场假设不相容。46半导体器件电学特性仿真 DESSIS目前的超大规模IC、47半导体器件电学特性仿真 DESSIS(3)单能谷假设：在漂移扩散模型中，使用平均漂移和扩散的概念描述电荷输运，没有涉及多能谷半导体的情况。对于象GaAs之类器件，多能谷输运现象往往对器件的工作特性起决定性作用，以扩散漂移模型就很难处理。总之，扩散漂移模型适合小功率密度器件模拟，同时适应尺寸大、具有长激活区（例如MOS沟道,三极管的基区）的器件模拟。47半导体器件电学特性仿真 DESSIS(3)单能谷假设：在48半导体器件电学特性仿真 DESSIS2.热力学模型（非等温模型）如果设计、分析功率器件，除求

33、解半导体基本方程组外，通常还要模拟热、电之间的相互作用：因为在器件内温度及其分布的变化会显著地影响器件的电特性，为此还需解热流方程，这种模型称为热力学模型（非等温模型）。48半导体器件电学特性仿真 DESSIS2.热力学模型（非等半导体器件电学特性仿真 DESSIS当考虑到温度变化，而利用热力学模型时，需将扩散漂移方程组中的电流密度改写为：49Pn、 Pp 电子、空穴的热电势，由于温度不同而导致的电势差半导体器件电学特性仿真 DESSIS当考虑到温度变化，而利用半导体器件电学特性仿真 DESSIS50若计算温度分布，需要求解如用热力学模型，在Physics节中加Thermodynamic关键词

34、半导体器件电学特性仿真 DESSIS50若计算温度分布，需要51半导体器件电学特性仿真 DESSIS3.流体力学传输模型（Hydrodynamic Transport Model)当器件尺寸进入到深亚微米以下时，扩散漂移模型失效。此时，除需要泊松方程和载流子连续性方程外，还需温度相关的载流子输运方程和电子、空穴、晶格的能量守恒方程。其中，EC 、Ev是导带底和价带顶能量。第一项考虑了静电势、电子亲和势以及带隙的空间变化，剩余的三项考虑了载流子浓度梯度、温度梯度、以及有效质量的空间变化。51半导体器件电学特性仿真 DESSIS3.流体力学传输模型52半导体器件电学特性仿真 DESSIS能量守恒方

35、程为：52半导体器件电学特性仿真 DESSIS能量守恒方程为：53半导体器件电学特性仿真 DESSIS53半导体器件电学特性仿真 DESSIS54半导体器件电学特性仿真 DESSIS该模型适合仿真0.18um以下深亚微米MOSFET器件、异质结器件、部分耗尽SOI MOSFETs.另外一种应用是仿真器件的击穿，可避免扩散-漂移模型中的过早击穿，还可用于仿真衬底电流。如果使用流体力学模型，在Physics节中，必须加Hydrodynamic关键词。同时，在Solve一节中的Couple命令中，加eTemperature 或者hTemperature关键词。如果，某一种载流子不使用流体力学模型，D

36、essis用晶格温度代替该种载流子温度。54半导体器件电学特性仿真 DESSIS该模型适合仿真0.155半导体器件电学特性仿真 DESSIS量子理论模拟 当半导体器件的尺寸进一步缩小到小于100 nm以下时，需要考虑量子效应，对传统的经典理论作量子力学修正，相应的模拟方法称为量子理论模拟法。55半导体器件电学特性仿真 DESSIS量子理论模拟 当半56半导体器件电学特性仿真 DESSIS量子力学模拟The scaling rules for modern submicron devices require a thinner oxide and higher level of channel

37、doping.Some features of current MOSFETs (oxide thickness, channel width) have reached quantum mechanical length scales. Therefore, the wave nature of electrons and holes can no longer be neglected. The most basic quantization effects in MOSFETs are the shift of the threshold voltage and reduction of

38、 the gate capacity.56半导体器件电学特性仿真 DESSIS量子力学模拟半导体器件电学特性仿真 DESSISTo include quantization effects in a classical device simulation, a simple approach is to introduce an additional potential-like quantity in the classical density formula, which reads: where n is the electron densityT is the carrier temp

39、erature kB is the Boltzmann constantNc is the conduction band density of statesEc is the conduction band energy, EFn is the electron Fermi energy.半导体器件电学特性仿真 DESSISTo include q58半导体器件电学特性仿真 DESSIS根据取不同的形式，可以分为：（1）van Dort quantum correction model（2）Density gradient model58半导体器件电学特性仿真 DESSIS根据取不同的形式，

40、半导体器件电学特性仿真 DESSIS59van Dort quantum correction modelDensity gradient model半导体器件电学特性仿真 DESSIS59van Dort q半导体器件电学特性仿真 DESSISMonte Carlo法的优点是能对器件的物理过程作深入了解，同时不受器件维数的限制，是目前模拟小尺寸半导体器件的最有力工具。缺点是计算冗繁，需要机时多。IST_TCAD软件利用SPARTA模块进行Monte Carlo模拟.60半导体器件电学特性仿真 DESSISMonte Carlo法61半导体器件电学特性仿真 DESSIS迁移率模型Physics

41、 Mobility ( DopingDependence HighFieldSaturation ) Recombination ( Auger SRH (DopingDependence) ) 加入迁移率模型，必须是在 Physics 节中，利用Mobility 关键词。Physics Mobility()61半导体器件电学特性仿真 DESSIS迁移率模型加入迁移率62半导体器件电学特性仿真 DESSIS如果影响迁移率的因素不止一个，则不同因素对总迁移率的贡献按 Mathiessens 规则:1. 掺杂浓度相关迁移率关键词： Physics Mobility ( DopingDependen

42、ce)加入掺杂相关表示考虑了带电杂质离子散射导致的载流子迁移率的衰减。62半导体器件电学特性仿真 DESSIS如果影响迁移率的因素63半导体器件电学特性仿真 DESSIS杂质浓度相关主要类型1) Masetti model (硅缺省模型）其中Ni 表示电离杂质总浓度，即Ni=NA+ND63半导体器件电学特性仿真 DESSIS杂质浓度相关主要类型64半导体器件电学特性仿真 DESSIS64半导体器件电学特性仿真 DESSIS65半导体器件电学特性仿真 DESSIS65半导体器件电学特性仿真 DESSIS66半导体器件电学特性仿真 DESSIS2) Arora model（GaAs缺省模型）66半

43、导体器件电学特性仿真 DESSIS2) Arora m67半导体器件电学特性仿真 DESSIS67半导体器件电学特性仿真 DESSIS68半导体器件电学特性仿真 DESSIS2) 高电场下，速度饱和模型（HighFieldSaturation)在高电场下，载流子漂移速度不再与电场强度成正比，而是保持不变Vsat。DESSIS 支持几种不同的模型: Canali model用于模拟硅材料transferred electron model 用于模拟GaAs及相关材料。. Physics Mobility ( HighFieldSaturation)68半导体器件电学特性仿真 DESSIS2) 高

44、电场下，速度69半导体器件电学特性仿真 DESSISCanali 模型表示低场迁移率. ，T 表示晶格温度, T0=300K69半导体器件电学特性仿真 DESSISCanali 模型表70半导体器件电学特性仿真 DESSIS70半导体器件电学特性仿真 DESSIS71半导体器件电学特性仿真 DESSIS3) Transverse Electric Field 相关迁移率 Physics Mobility ( Enormal)Enormal 通常用在MOS器件中，指的是迁移率与垂直于Si-SiO2界面电场相关。71半导体器件电学特性仿真 DESSIS3) Transve72半导体器件电学特性仿真

45、 DESSIS复合模型介绍:Physics Recombination ( Auger SRH (DopingDependence) ) 72半导体器件电学特性仿真 DESSIS复合模型介绍:半导体器件电学特性仿真 DESSIS通过禁带中的杂质、缺陷形成深能级中心的复合称为SRH复合(间接复合）Etrap 缺陷能级和本征能级之差.少数载流子寿命是掺杂浓度的函数、温度相关函数和电场相关函数的乘积。半导体物理书中的间接复合公式半导体器件电学特性仿真 DESSIS通过禁带中的杂质、缺陷形74半导体器件电学特性仿真 DESSISPhysics Recombination ( SRH (DopingDe

46、pendence) ) Physics Recombination ( SRH (TempDependence) ) 74半导体器件电学特性仿真 DESSISPhysics 75半导体器件电学特性仿真 DESSISAuger复合： 载流子从高能级向低能级跃迁，发生电子-空穴复合，将多余的能量传递给另一个载流子，使这个载流子被激发到高能级上去，当它重新跃迁回低能级时，多余的能量常以声子的形式放出，称为Auger.Physics Recombination ( Auger ) 在载流子浓度大时，Auger复合不能忽略。75半导体器件电学特性仿真 DESSISAuger复合：半导体器件电学特性仿真

47、DESSIS76半导体器件电学特性仿真 DESSIS7677半导体器件电学特性仿真 DESSIS三极管电学特性仿真Electrode Name=“emitter” Voltage=0.0 Name=“base Voltage=0.0 Current=0.0 Name=“collector Voltage=0.0 File * Input Files Grid =“BJT_mdr.grd” Doping =“BJT_mdr.dat”77半导体器件电学特性仿真 DESSIS三极管电学特性仿真78半导体器件电学特性仿真 DESSIS * Output Files Plot = “BJT_des.da

48、t” Current = “BJT_des.plt” Output = “BJT.log” Plot *Fields, Charges, etc Potential ElectricField SpaceCharge eMobility hMobility eVelocity hVelocity 78半导体器件电学特性仿真 DESSIS 79半导体器件电学特性仿真 DESSIS *Doping profiles DonorConcentration AcceptorConcentration DopingConcentration *Band Structure/Composition Con

49、ductionBand ValenceBand BandGap Affinity AvalancheGeneration eAvalancheGeneration hAvalancheGeneration xMoleFraction79半导体器件电学特性仿真 DESSIS 80半导体器件电学特性仿真 DESSIS *Density, Current eDensity hDensity eCurrent hCurrent TotalCurrent *Recombination/Generation rates SRH Auger TotalRecombination *Driving Force

50、s eQuasiFermi hQuasiFermi eGradQuasiFermi hGradQuasiFermi eEparallel hEparallel80半导体器件电学特性仿真 DESSIS 81半导体器件电学特性仿真 DESSIS Math Extrapolate NotDamped=100 Iterations=20 RelerrControl AvalDerivatives Physics Mobility ( DopingDependence81半导体器件电学特性仿真 DESSIS Math 82半导体器件电学特性仿真 DESSIS HighFieldSaturation )

51、Recombination ( Auger SRH(DopingDep) ) Solve * Initial Guess Coupled (Iterations=100) Poisson82半导体器件电学特性仿真 DESSIS 83半导体器件电学特性仿真 DESSIS Coupled Poisson Electron Hole *ICVc Simulation *Initial base rampQuasistationary ( InitialStep=1e-3 Minstep=1e-8 MaxStep=0.3 基极加电压，使PN 结 Goal Name=“base” Voltage=0.3

52、 处于非平衡态. 在平衡态 下，即使一个非常小的 电流变化，也可能产生 一个较大的电压波动, 导致不容易收敛. )Coupled Poisson Electron Hole 83半导体器件电学特性仿真 DESSIS Coupled 84半导体器件电学特性仿真 DESSIS * Change base to current modeSet (“ base” mode Current) * Ramp base to 0.0uA Quasistationary ( InitialStep=1e-8 Minstep=1e-12 Maxstep=0.2 Increment =1.5 Goal Name=

53、 “ base ” Current=0.0 ) Coupled Poisson Electron Hole save (FilePrefix=“ Ib0 ”) 84半导体器件电学特性仿真 DESSIS * Chan85半导体器件电学特性仿真 DESSIS*Ramp base to 1.0e-6 uA Quasistationary ( InitialStep=1e-8 Minstep=1e-12 Maxstep=0.2 Increment =1.5 Goal Name=“base” Current=1.0e-6 ) Coupled Poisson Electron Hole save (Fil

54、ePrefix=“Ib1”)85半导体器件电学特性仿真 DESSIS*Ramp base86半导体器件电学特性仿真 DESSIS *Ramp base to 2.0e-6 uA Quasistationary ( InitialStep=1e-8 Minstep=1e-12 Maxstep=0.2 Increment =1.5 Goal Name=“base” Current=2.0e-6 ) Coupled Poisson Electron Hole save (FilePrefix=“Ib2”)86半导体器件电学特性仿真 DESSIS *R87半导体器件电学特性仿真 DESSIS *Ram

55、p base to 3.0e-6 uA Quasistationary ( InitialStep=1e-8 Minstep=1e-12 Maxstep=0.2 Increment =1.5 Goal Name=“base” Current=3.0e-6 ) Coupled Poisson Electron Hole save (FilePrefix=“Ib3”)87半导体器件电学特性仿真 DESSIS 88半导体器件电学特性仿真 DESSIS# Load saved structures and ramp collector voltage to create family of curve

56、s:# First curve Load (FilePrefix=“ Ib0” ) NewCurrentFile=“ IcVc0_” Quasistationary ( InitialStep=1e-3 Minstep=1e-8 MaxStep=0.05 Increment=1.2 Goal Name = “collector” voltage=1.8 ) Coupled Poisson Electron Hole CurrentPlot (time = (range =(0.0 0.2) intervals=10; range =(0.2 1.0) intervals=20) ) 88半导体

57、器件电学特性仿真 DESSIS# Load sav89半导体器件电学特性仿真 DESSIS Load (FilePrefix=“ Ib1” ) NewCurrentFile=“ IcVc1_” Quasistationary ( InitialStep=1e-3 Minstep=1e-8 MaxStep=0.05 Increment=1.2 Goal Name = “collector” voltage=1.8 ) Coupled Poisson Electron Hole CurrentPlot (time = (range =(0.0 0.2) intervals=10; range =(

58、0.2 1.0) intervals=20) ) 89半导体器件电学特性仿真 DESSIS Load (90半导体器件电学特性仿真 DESSIS Load (FilePrefix=“ Ib2” ) NewCurrentFile=“ IcVc2_” Quasistationary ( InitialStep=1e-3 Minstep=1e-8 MaxStep=0.05 Increment=1.2 Goal Name = “collector” voltage=1.8 ) Coupled Poisson Electron Hole CurrentPlot (time = (range =(0.0

59、0.2) intervals=10; range =(0.2 1.0) intervals=20) ) 90半导体器件电学特性仿真 DESSIS Load (91半导体器件电学特性仿真 DESSIS Load (FilePrefix=“ Ib3” ) NewCurrentFile=“ IcVc3_” Quasistationary ( InitialStep=1e-3 Minstep=1e-8 MaxStep=0.05 Increment=1.2 Goal Name = “collector” voltage=3.0 ) Coupled Poisson Electron Hole Curren

60、tPlot (time = (range =(0.0 0.2) intervals=10; range =(0.2 1.0) intervals=20) ) 91半导体器件电学特性仿真 DESSIS Load (92半导体器件电学特性仿真 DESSIS双极晶体管反向击穿特性BVceo 代表基极开路、极电结反偏时的共发射极情况下集电结雪崩击穿电压。 对于Ib=0时的Iceo随Vce变化曲线，曲线中会出现一段负阻区，即击穿发生后出现一段电流上升，电压反而下降，增量电阻为负值的区域，然后才维持一个相对恒定的电压。把电压的最大值称为Bvceo,把出现负阻后维持恒定的那个较低电压称为维持电压。对于Ib0