Воскресенье, 2020-10-25, 7:50 AM
Коллекция материаловГлавная

Регистрация

Вход
Приветствую Вас Гость | RSS
Меню сайта
Главная » 2014 » Август » 27 » Скачать Численное моделирование кремниевых многослойных структур и разработка пакета программ для проектирования диодов и тиристоров. бесплатно
5:36 AM
Скачать Численное моделирование кремниевых многослойных структур и разработка пакета программ для проектирования диодов и тиристоров. бесплатно
Численное моделирование кремниевых многослойных структур и разработка пакета программ для проектирования диодов и тиристоров

Диссертация

Автор: Ростовцев, Игорь Львович

Название: Численное моделирование кремниевых многослойных структур и разработка пакета программ для проектирования диодов и тиристоров

Справка: Ростовцев, Игорь Львович. Численное моделирование кремниевых многослойных структур и разработка пакета программ для проектирования диодов и тиристоров : диссертация кандидата технических наук : 05.27.01 Москва, 1989 146 c. :

Объем: 146 стр.

Информация: Москва, 1989


Содержание:

ВВВДЕНИЕ
ГЛАВА I ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
11 Физические особенности работы мощных полупроводниковых структур
12 Методы численного моделирования характеристик полупроводниковых структур
13 Постановка задачи исследования
ГЛАВА 2 УРАВНЕНИЯ ПЕРЕНОСА НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СТРУКТУРАХ
21 Квазигидродинамическое приближение для описания процесса переноса носителей заряда в полупроводниковых структурах
22 Уравнения переноса и соотношение Эйнштейна в полупроводниках в условиях сильного электронно-дырочного рассеяния
23 Эффекты сильного и неоднородного легирования
24 Влияние эффектов сильного и неоднородного легирования на перенос носителей заряда в полупроводниковых структурах
25 Выводы к главе
ГЛАВА 3 ЧИСЛЕННЫЙ АЛГОРИТМ РЕШЕНИЯ ФУВДАМЕНТАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
УРАВНЕНИЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ СТРУКТУРЫ
31 Уравнения математической модели полупроводниковой структуры
32 Разностная схема
33 Пакет программ дан численного моделирования силовых диодов и тиристоров
34 Выводы к главе
ГЛАВА 4 АНАЛИЗ ХАРАКТЕРИСТИК СИЛОВЫХ ДИОДОВ И ТИРИСТОРОВ
С ПОМОЩИ) ЧИСЛЕННОЙ МОДЕЛИ
41 Введение
42 Анализ вклада нелинейных физических эффектов в прямую ВАХ СПП
43 Анализ вклада нелинейных физических эффектов в переходный процесс восстановления р+-п-п+ структуры
44 Численное моделирование процесса выключения мощных тиристоров
45 Численное моделирование статической вольт-амперной характеристики диода Шоттки
46 Выводы к главе

Введение:

Актуальность, В настоящее время прогресс в области силовой полупроводниковой электроники в значительной мере определяется созданием приборов с оптимальным сочетанием электрических характеристик. Взаимосвязь различных характеристик приборов с одной стороны затрудняет проведение оптимизационных расчетов, а с другой стороны требует повышения точности используемых при расчете моделей. С этой точки зрения возможности аналитических моделей, содержащих ряд существенных упрощений (например разбиение полупроводниковой структуры на области сильного поля и квазинейтральные области, использование различных приближений при решении уравнения негферывности и т.д.) оказываются явно недостаточными для адекватного описания процессов переноса носителей заряда в многослойных полупроводниковых структурах в широком диапазоне изменения внешних условий (температура,, излучение) и параметров, определяющих режим работы прибора (плотность прямого тока, напряжение и т.д.). В этих условиях единственным возможным выходом является переход к использованию универсальных численных моделей, основанных на решении фундаментальной системы уравнений полупроводникового прибора разностными методами. Такие модели позволяют учитывать сложные профили распределения различных электрофизических параметров по толщине полупроводниковой структуры. Большой объем литературы, посвященный численному моделированию полупроводниковых структур, опубликованный за последние годы, свидетельствует о перспективности этого направления.
Отметим, что позволяя преодолеть ряд сложных математических трудностей, связанных с решением фундаментальной системы уравнений полупроводникового прибора, переход к численному моделировакию ставит новые проблемы, обусловленные необходимостью повышения физической адекватности исходных математических соотношений, лежащих в основе моделей. Основой успешного применения численных моделей является, в первую очередь, адекватность учета основных физических эффектов, определяющих перенос носителей заряда в полупроводниковых структурах. В приборах силовой электроники такую роль играрт нелинейные эффекты, обусловленные высоким уровнем инжекции и сильным легированием. В кремнии, являющимся основным материалом при создании приборов силовой электроники, наиболее значительное влияние на перенос носителей заряда оказывают эффекты электронно-дырочного рассеяния, Оже-рекомбинация, эффекты сильного легирования в том числе снижение времен жизни и подвижности носителей заряда,, а, также сужение ширины запрещенной зоны в сильно легированных областях.
К моменту начала работ над диссертацией, в литературе существовало два взаимоисключающих подхода к учету электронно-дырочного рассеяния. В рамках первого из них предполагалось, что учет электронно-дырочных столкновений приводит к уменьшению подвижностей носителей заряда, и соответствующему уменьшению коэффициентов диффузии, при этом соотношение Эйнштейна не нарушается. В рамках другого подхода считалось, что снижение подвижностей носителей заряда, тем не менее не приводит к снижению амбиполярного коэффициента диффузии. Иными словами, использование этого подхода, приводит к необходимости отказаться от использования соотношения Эйнштейна, при учете электронно-дырочного рассеяния.
Разрешение возникающего противоречия представляет общий интерес для физики полупроводников и составляет одну из основных задач нашего исследования.
Отметим также, что соотношение Эйнштейна имеет также большое прикладное значение для физики полупроводниковых приборов, обусловленное тем, что построение эффективной конечно-разностной аппроксимации, необходимой для проведения численных расчетов существенно упрощается при его использовании. С этой точки зрения отказ от использования соотношения Эйнштейна, если этого действительно требуют особенности электронно-дырочных столкновений в полупроводнике существенно ухудшает характеристики алгоритмов численного моделирования в областях больших плотностей токов. В связи с этим тема работы, посвященной исследованию и установлению обобщенных уравнений переноса носителей заряда в полупроводниках, с учетом влияния совокупности эффектов высокого уровня инжекции и сильного легирования в различных слоях полупроводниковых структур, определение обобщенного соотношения Эйнштейна в полупроводниках и на основе этого разработка и анализ численного алгоритма решения фундаментальной системы уравнений прибора, является весьма актуальной.
Целью диссертационной "работы является:
• Вывод обобщенных уравнений переноса носителей заряда в полупроводниках, учитывающих совокупность эффектов сильного легирования и нелинейных эффектов, обусловленных взаимодействием подвижных носителей заряда друг с другом.
• Установление обобщенного соотношения Эйнштейна в полупроводниках.
• Разработка численной модели для расчета характеристик приборов силовой электроники (диодов, тиристоров, диодов ШотткиХ основанной на решении обобщенных уравнений переноса.
• Установление связи электрофизических, геометрических и технологических параметров структур с внешними электрическими характеристиками, сравнительный анализ вклада различных нелинейных эффектов в статические и динамические характеристики приборов,
• Разработка пакета, прикладных программ для расчета и моделирования характеристик силовых полупроводниковых приборов.
Разработка выполнялась в рамках целевой комплексной программы "Создание и использование в народном хозяйстве силовой полупроводниковой техники".
Основные научные положения» выносимые на защиту
1. Вывод макроскопических уравнений переноса носителей заряда, для электронно-дырочной плазмы полупроводников, показывающий, что для кроме обычных диффузионных и дрейфовых компонент уравнения содержат также компоненты увлечения, определяемые взаимным рассеянием подвижных носителей заряда друг на друге.
2. Матричное обобщение соотношения Эйнштейна для электрон-но-дырочной плазма полупроводника. Недиагональные элементы матриц подвижностей и коэффициентов диффузии обусловлены рассеянием друг на друге частиц разного типа. В пределе нулевой частоты столкновений частиц разного типа, недиагональные элементы обращаются в ноль и матричное соотношение Эйнштейна вырождается в обычные . соотношения для каждой из компонент.
3. Конечно-разностная аппроксимация выражений для плотностей токов носителей заряда, являющаяся обобщением разностной аппроксимации Шарфеттера-Гуммеля на случай, когда в уравнениях переноса носителей заряда в полупроводниках появляются перекрестные слагаемые, обусловленные электронно-дырочными столкновениями.
4. Эффективный алгоритм численного решения фундаментальной системы уравнений полупроводникового прибора, позволяющий осуществлять физически адекватный расчет статических и динамических характеристик полупроводниковых структур с учетом совокупности нелинейных эффектов высокого уровня инжекции и сильного легирования.
5. Учет электронно-дырочного рассеяния изменяющий соотношение вкладов нелинейных эффектов по сравнению с численными моделями известными ранее. В области рабочих плотностей токов вклад электронно-дырочного рассеяния в прямую ветвь вольт-амперной характеристики превышает вклад Оже-рекомбинации в два раза, а не в пять, как считалось ранее. Корректный учет электронно-дырочных столкновений не влияет на характер распределения заряда в базовом слое и практически не оказывает влияния на длительность фазы высокой обратной проводимости при восстановлении мощных р-п-п+ структур.
6. Эффект немонотонной зависимости прямого падения напряжения на диоде Шоттки от давня легирования базового слоя. Качественное объяснение этого эффекта, подтвержденное детальными численными расчетами, которые показали, что этот эффект обусловлен наличием непромоАудированного подвижными носителями заряда участка базового слоя структуры вблизи контакта, с металлом.
Научная новизна. Разработаны математические модели процессов переноса носителей заряда в полупроводниковых структурах, корректно описывающие различные механизмы рекомбинации и рассеяния носителей заряда, включая Оже-рекомбинацию, электронно-дырочное рассеяние, эффекты сильного и неоднородного легирования.
В рамках квазигидродинамического приближения получены обобщенные уравнения переноса носителей заряда в полупроводниках, учитывающие совокупность нелинейных эффектов сильного легировав ния и высокого уровня инжекции.
Показано, что в электронно-дырочной плазме полупроводников соотношение Эйнштейна имеет матричный вид в пространстве индексов, определяющих тип плазменных частиц.
Построена интегральная конечно-разностная аппроксимация уравнений непрерывности, основанная на использовании матричного соотношения Эйнштейна и являющаяся обобщением разностной аппроксимации Шарфеттера-Г^ммеля.
Разработаны и исследованы вычислительные алгоритмы, реализующие математические модели физических процессов в биполярных полупроводниковых приборах.
Проведен анализ вклада различных нелинейных физических эффектов в статические и динамические характеристики многослойных полупроводниковых структур.
Установлен эффект немонотонной зависимости прямого падения напряжения на диоде Шоттки от уровня легирования базового слоя. Предложено качественное объяснение этого эффекта, подтвержденные детальными численными расчетами.
Практическая ценность. Разработаны математические модели, алгоритмы и программы для одномерного анализа статических и динамических процессов в биполярных полупроводниковых диодах, тиристорах, диодах Шоттки.
Разработанные программы объединены в пакет "Исследование", позволяющий рассчитывать совокупность статических и динамических характеристик указанных выше силовых приборов.
Пакет программ "Исследование" прошел апробацию и внедрен на предприятиях подотрасли ПО "Преобразователь" (г. Запорожье), СКТБ ПТ (г. Ставрополь), а также в ФТИ им. А.Ф. Иоффе (г. Ленинград).
Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях:
1. Всесоюзная научно-техническая конференция "Основные направления в области развития технологии, конструирования и исследования силовых полупроводниковых приборов", г. Молодечно, 1984 год.
2. Всесоюзная научно-техническая конференция "Создание комплексов электротехнического оборудования высоковольтной преобразовательной и сильноточной электроники", г. Москва 1986 год.
3. Республиканская конференция "Численные методы и средства проектирования и испытания элементов РЭА", Эстонская ССР, г.Тал-линн!987 год.
4. Школа^семинар "Математическое и машинное моделирование в микроэлектронике", Литовская ССР, г. Паланга 1988 год.
Научные результаты диссертационной работы содержатся в следующих публикациях:
1. "О соотношении Эйнштейна в полупроводниках в условиях сильного электронно-дырочного рассеяния". - ФТП, т. 18, Вып. 7, 1984 г., стр. 1293-1296. в соавторстве с Мнацакановым Т.Т., Филатовым Н.И.)
2. "Исследование влияния нелинейных физических эффектов на вольт-амперную характеристику кремниевых многослойных структур с помощью исследования на ЭВМ". - Радиотехника и электроника, 1986 г., Вып. 9, стр. I848-1853. в соавторстве с Мнацакановым Т.Т., Филатовым Н.И.)
3. "Исследование численного алгоритма моделирования мощных полупроводниковых структур в проводящем состоянии". - Электронное моделирование, 1986 г., т. 8, № I, стр. 40-43. в соавторстве с Мнацакановым Т.Т., Филатовым Н.И.)
4. Эффективный алгоритм физико-топологического моделировав ния биполярных полупроводниковых приборов с учетом совокупности нелинейных эффектов сильного легирования и высокого уровня ин-жекции. - Изв. высш. учеб. заведений. Радиоэлектроника, том 30, № 6, 1987 г., стр. 30-36. в соавторстве с Мнацакановым Т.Т., Филатовым Н.И.)
5» Investigation of the effect of nonlinear physical phenomena on charge carrier transport in semiconductor devices. - Solid State Electronics, vol, 30, Я 6, p.p, 579-585, 1987. (в соавторстве с Мнацакановым Т.Т., Филатовым Н.И.)
6. Обобщенные уравнения переноса носителей заряда в биполярных полупроводниковых структурах, учитывающих совокупность эффектов сильного легирования и высокого уровня инжекции. -В сборнивв тезисов докладов конференции "Численные методы и средства, проектирования и испытания элементов РЭА", г. Таллинн 1987, стр. 100-103.

Скачивание файла!Для скачивания файла вам нужно ввести
E-Mail: 1662
Пароль: 1662
Скачать файл.
Просмотров: 163 | Добавил: Диана33 | Рейтинг: 0.0/0
Форма входа
Поиск
Календарь
«  Август 2014  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
    123
45678910
11121314151617
18192021222324
25262728293031
Архив записей
Друзья сайта
  • Официальный блог
  • Сообщество uCoz
  • FAQ по системе
  • Инструкции для uCoz
  • Copyright MyCorp © 2020 Создать бесплатный сайт с uCoz