Lab2_MvST

Пример выполнения работы

Пример задания: Необходимо рассчитать коэффициенты передачи эмиттерного тока (α=Iк/Iэ) для левого и правого коллекторов двухколлекторного магниточувствительного биполярного транзистора (ДКМБТ)с областью кармана без магнитного поля в магнитном поле В=1 Тл, направленном перпендикулярно структуре прибора. Рассчитать относительную магниточувствительность ДКМБТ при том же магнитном поле. Исходные конструктивно - технологические параметры ДКМБТ:

-Концентрация примеси в подложке p-типа Nподл=1015 см-3

-Концентрация примеси в кармане Nk=1016 см-3

Также необходимо определить толщину базы, глубину залегания кармана,

максимальные концентрации примеси в базе и кармане в центральном вертикальном сечении структуры ДКМБТ

Для выполнения данного задания необходимо: -1. Сформировать структуру ДКМБТ в mesh.

Файл с описанием материалов и контактов показан далее (n1_msh.bnd):

Silicon "siSubs" {Rectangle [(-8,0)(8,16)]}

Contact "coll_left" {Line [(-8,0)(-7.5,0)]}

Contact "base_left" {Line [(-4,0)(-3.5,0)]}

Contact "emitter" {Line [(-0.25,0)(0.25,0)]}

Contact "base_right" {Line [(3.5,0)(4,0)]}

Contact "coll_right" {Line [(7.5,0)(8,0)]}

Contact "substrate" {Line [(-8,16)(8,16)]}

Файл с описанием примеси и сетки показан далее (n1_msh.cmd):

Title "Bip Magnit"

Definitions {

#Refinement regions Refinement "Default Region"

{

MaxElementSize = (0.5 0.5 ) MinElementSize = (0.1 0.1 )

RefineFunction = MaxTransDiff(Variable = "DopingConcentration", Value = 1)

}

Refinement "topRef"

{

MaxElementSize = (0.2 0.2 ) MinElementSize = (0.01 0.01 )

RefineFunction = MaxTransDiff(Variable = "DopingConcentration", Value = 1)

}

Refinement "topRef1"

{

MaxElementSize = (0.1 0.03 ) MinElementSize = (0.001 0.001 )

RefineFunction = MaxTransDiff(Variable = "DopingConcentration", Value = 1)

}

#Profiles

AnalyticalProfile "emitter"

{

Species = "PhosphorusActiveConcentration"

Function = Gauss(PeakPos = 0, PeakVal = 1e+020, ValueAtDepth = 1e+015, Depth = 0.5) LateralFunction = Gauss(Factor = 0.8)

}

AnalyticalProfile "base"

{

Species = "BoronActiveConcentration"

Function = Gauss(PeakPos = 0, PeakVal = 1e+018, ValueAtDepth = 1e+015, Depth = 1) LateralFunction = Gauss(Factor = 0.8)

}

AnalyticalProfile "nColl"

{

Species = "PhosphorusActiveConcentration"

Function = Gauss(PeakPos = 0, PeakVal = 1e+016, ValueAtDepth = 1e+015, Depth = 10) LateralFunction = Gauss(Factor = 0)

}

Constant "subs"

{

Species = "BoronActiveConcentration" Value = 1e+015

}

}

Placements {

#Refinement regions Refinement "Default Region"

{

Reference = "Default Region"

# Default region

}

Refinement "topRef"

{

Reference = "topRef"

RefineWindow = rectangle [( -8 0 ) , ( 8 2 )]

}

Refinement "topRef1"

{

Reference = "topRef1"

RefineWindow = rectangle [( -0.8 0 ) , ( 0.8 1 )]

}

#Profiles Constant "subs"

{

Reference = "subs" EvaluateWindow

{

Element = rectangle [( -8 0 ) , ( 8 16 )] DecayLength = 0

}

}

AnalyticalProfile "emitter"

{

Reference = "emitter" ReferenceElement

{

Element = line [( -0.25 0 ) , ( 0.25 0 )]

}

}

AnalyticalProfile "base"

{

Reference = "base" ReferenceElement

{

Element = line [( -4 0 ) , ( 4 0 )]

}

}

AnalyticalProfile "nC1"

{

Reference = "emitter" ReferenceElement

{

Element = line [( -10 0 ) , ( -7 0 )]

}

}

AnalyticalProfile "nC2"

{

Reference = "emitter" ReferenceElement

{

Element = line [( 7 0 ) , ( 10 0 )]

}

}

AnalyticalProfile "nColl"

{

Reference = "nColl" ReferenceElement

{

Element = line [( -8 0 ) , ( 8 0 )]

}

}

}

Для создания структуры используется команда:

mesh n1_msh

Для отображения структуры используется команда:

tecplot_sv n1_msh.grd n1_msh.dat

Из рисунка 1 определяем глубины областей и концентрации примесей в них:

-Толщина базы: 0.4 мкм, максимальная концентрация примеси в базе 3*1016 см-3

-Глубина залегания кармана:10 мкм, максимальная концентрация примеси в кармане 1016 см-3

Рисунок 1 – Сформированная в mesh структура ДКМБТ с областью кармана

2. Составить и запустить входной файл для расчета характеристик биполярного транзистора. Для расчета коэффициента передачи эмиттерного тока (α) биполярный транзистор должен находится в нормальном активном режиме (НАР), то есть для npn-

транзистора Uбэ>0, Uкб<0. Таким образом при расчете сначала на коллекторы надо подать 2 В, потом увеличивать потенциал на базе от 0 до 1 В и рассчитывать ВАХ.

Пример командного файла sdevice (n1_des.cmd) для расчета ВАХ ДКМБТ в магнитном поле представлен ниже. Файл содержит два блока Solve для последовательного увеличения потенциала сначала на коллекторе, затем на базе.

{Name="base_left" Voltage=0 }

{Name="emitter" Voltage=0 }

{Name="base_right" Voltage=0 }

{Name="coll_right" Voltage=0 }

{Name="substrate" Voltage=0 }

}

Physics {

Mobility(dopingdependence HighFieldsaturation )

Recombination(SRH(dopingdep)Auger) **Модель ударной ионизации отключена

}

Plot {

Potential Electricfield eDensity hDensity eCurrent hCurrent TotalCurrent Avalanche SpaceCharge }

Math { Iterations=25

EdgeMagneticDiscretization **Обязательная опция

RelerrControl Extrapolate Derivatives

}

Solve { *********Итерационно увеличиваем потенциалы на коллекторах до 2В

Poisson

coupled { Poisson Electron hole } Quasistationary(

InitialStep=1e-2 MaxStep=1 Minstep=1e-15 increment=2 decrement=2

Goal{name=coll_left voltage=2} Goal{name=coll_right voltage=2}

)

{Coupled { Poisson Electron hole }} ****Решать систему уравнений

}

Solve { **********Итерационно увеличиваем потенциалы на базах до 1В

Poisson

coupled { Poisson Electron hole } Quasistationary(

InitialStep=1e-2 MaxStep=0.05 Minstep=1e-15 increment=2 decrement=2

Goal{name=base_left voltage=0.9} Goal{name=base_right voltage=0.9}

)

{Coupled { Poisson Electron hole }} ****Решать систему уравнений

}

Расчет запускается командой: sdevice n1_des.cmd

Для отображения результатов моделирования используется команда

inspect n1_des.plt

Выбрать: base_left->Inner_Voltage->To X Axis (Uбэ по оси Х) emitter->Total_Current->To Y Axis (Iэ по оси Y) coll_left->Total_Current->To Y Axis (Ток левого коллектора по оси Y) coll_right->Total_Current->To Y Axis (Ток правого коллектора по оси Y)

Перейти в режим логарифмического масштаба по оси Y: В верхнем правом углу окна INSPECT ->Scale-Y (нажать на Y)

Следует отметить, что в отсутствии магнитного поля токи правого и левого коллекторов должны совпадать. Рассчитанная ВАХ для нашего случая показана на рисунке 3.

Определяем по ВАХ токи эмиттера и коллекторов при Uбэ=0.8 В например:

- При В=1Тл: Iэ=2.175*10-6 А/мкм, Iк.прав.=1.016*10-6 А/мкм, Iк.лев.=1.258*10-6 А/мкм

Рассчитываем: αправ= Iк.прав./ Iэ=0.467; αлев= Iк.лев./ Iэ=0.587;

Чувствительность S= аbs((Iк.лев.- Iк.прав)/ ((Iк.лев.+ Iк.прав)*B)= 0.106 Тл-1 (abs – модуль) - Без магнитного поля: Iэ=2.39*10-6 А/мкм, Iк.прав.=1.128*10-6 А/мкм

Рассчитываем α= Iк.прав./ Iэ=0.47 (Iк.прав.= Iк.лев.)

Все перечисленные результаты моделирования формируют отчет о выполнении данной работы.

Рисунок 2 - Рассчитанная ВАХ ДКМБТ при В=1Тл для нашего случая

Форма представления отчета.

Отчет по работе должен содержать:

1.Краткие ответы на вопросы к теоретической части

2.Рассчитанные значения конструктивно-технологических параметров ДКМБТ;

рассчитанные значения коэффициента передачи эмиттерного тока (α) в отсутствии магнитного поля; коэффициент передачи эмиттерного тока относительно правого и левого коллекторов при величине магнитного поля B=(0,0,1) Тл; относительную магниточувствительность (S) при B=(0,0,1) Тл для структур ДКМБТ, рассчитанных по различным технологическим маршрутам - то есть заполненные таблицы из заданий на самостоятельную работу для выбранного варианта задания