Содержание к диссертации
Введение
1 Современное состояние конструкций и технологии изготовления элементов нелинейной емкости 12
1.1 Анализ элементов нелинейной емкости, управляемой напряжением 12
1.2 Основные параметры нелинейных емкостей 20
1.3 Обзор технологии изготовления полупроводниковых варикапов .27
Выводы 45
2 Решение уравнения Пуассона и расчет основных статических характеристик варикапа со ступенчато-градиентным профилем распределения примеси 47
2.1 Решение уравнения Пуассона для ступенчато-градиентного профиля распределения примеси в базе варикапа 47
2.2 Расчет основных статических характеристик варикапа со ступенчато — градиентным профилем распределения примеси 52
2.3 Оптимизация профилей легирующей примеси 54
Выводы 60
3. Технология изготовления полупроводниковой структуры со ступенчато-градиентным профилем распределения примеси 62
3.1 Расчет технологических режимов изготовления варикапа методом диффузии 62
3.2 Расчет технологических режимов изготовления варикапа методом ионной имплантации 67
3.3 Расчет технологических режимов молекулярно-лучевой эпитаксии.72
Выводы 77
4 Моделирование варикапа со сверхрезким р-п - переходом в системе сквозного моделирования полупроводниковых приборов ISE TCAD Release 7.0 78
4.1 Методика проведения моделирования в программном пакете ISE TCAD Release 7.0 78
4.2 Моделирование технологии изготовления варикапа с помощью интерактивного компоновщика двумерных структур MDRAW 82
4.3 Моделирование технологии изготовления варикапа в программе DIOS 84
4.4 Описание моделирования статических характеристик структуры в программе DESSIS 86
4 4,5 Описание моделирования статических характеристик полученной структуры в программе DESSIS 92
Выводы 95
Заключение 96
Список использованных источников 97
Приложение А 106
Приложение Б 107
Приложение В 109
Приложение Г 120
- Основные параметры нелинейных емкостей
- Расчет основных статических характеристик варикапа со ступенчато — градиентным профилем распределения примеси
- Расчет технологических режимов изготовления варикапа методом ионной имплантации
- Моделирование технологии изготовления варикапа с помощью интерактивного компоновщика двумерных структур MDRAW
Введение к работе
Актуальность темы диссертационной работы. С середины 50-х годов прошлого столетия началось бурное развитие микроэлектронных технологий, таких как ионная имплантация, газовая и молекулярно-лучевая эпитаксия с различными видами легирования в процессе роста пленок, методов контроля и диагностики получаемых структур, что позволило создавать совершенно новые полупроводниковые приборы [1].
Разработанное уже в середине 80-х годов 20-го века технологическое оборудование [1-3] обеспечивает различную степень сложности профилей распределения примеси в полупроводниковых структурах, регулирует глубину залегания р-п перехода, управляет степенью легирования полупроводника с высокой точностью. Из проведенного анализа литературы следует, что и в 21-м веке основным материалом для производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем остается кремний [4-11]. Поэтому разработка новых конструкций и усовершенствование технологии изготовления существующих полупроводниковых приборов на основе кремния по-прежнему остается актуальной задачей электронной промышленности.
Использование сегнетоэлектриков для конденсаторов с электрически управляемой емкостью, основанное на изменении емкости от приложенного напряжения, одно из классических применений сегнетоэлектри- ков сегодня приобретает новый смысл в связи с получением достаточно стабильных сегнетоэлектрических пленок [46 - 50]. Вместе с успехами в этом направлении, позволившими создавать стехиометрические поликристаллические пленки на основе тройных соединений, подобных ВаТіОз, толщиной 1 мкм, когда обеспечивается низкочастотная на 1 кГц диэлектрическая проницаемость более 1000, диэлектрическое поглощение на высоких частотах приводит к сильной частотной зависимости, как диэлектрической проницаемости, так и диэлектрических потерь. Причем даже незначительные отклонения от стехиометрии ведут к снижению проницаемости и росту потерь, что отрицательно влияет на параметры варикондов.
Варикапы в основном находят свое применение в радиотехнических устройствах, таких как радиопередатчики, радиоприемники, а также в измерительной технике. Улучшение основных характеристик варикапа, включая крутизну вольт-фарадной характеристики, коэффициент перекрытия по емкости, способствует уменьшению в радиопередающих устройствах нелинейных искажений при частотной модуляции, упрощает схемотехнику модулятора; в радиоприемной аппаратуре - расширяет диапазон электрической перестройки принимаемых частот, снижает необходимое питающее напряжение и массу вторичных источников питания. В результате этого повышается надежность разрабатываемых устройств. Использование варикапов в измерителях амплитудно-частотных характеристик и генераторах сигнала увеличивает линейность преобразования напряжение-
7 - частота. Синтезаторы частоты радиопередающих и измерительных устройств содержат также генератор управления напряжением, уменьшение коэффициента гармоник выходного сигнала которого и, как следствие этого, внеполоспых излучений передатчика достигается совершенствованием параметров варикапа. Это актуально с точки зрения электромагнитной совместимости радиосредств. Поэтому разработка технологических приемов получения полупроводниковых структур - варикапов представляет, научный и практический интерес; от решения именно этой актуальной задачи зависит успешное применение в электронных схемах таких полупроводниковых структур с улучшенными техническими характеристиками и параметрами.
Цель работы. Разработка физической модели, технологии изготовления и исследование электрических характеристик полупроводниковой нелинейной емкости со ступенчато-градиентным профилем распределения концентрации примеси для обеспечения заданных значений основных параметров.
Основные задачи работы.
1. Разработать физическую модель полупроводниковой структуры и получить аналитические зависимости емкости и коэффициента нелинейности от напряжения, соответствующие физической модели.
2. Определить технологические режимы ионной имплантации и молекулярно-лучевой эпитаксии для формирования ступенчато-градиентного профиля распределения примеси в базе варикапа.
Определить оптимальные технологические параметры изготовления структуры, при которых проявляется максимальная нелинейность емкости, и установить взаимосвязь между параметром теории — градиентным коэффициентом распределения примеси и коэффициентом нелинейности.
Провести моделирование варикапа в системе сквозного моделирования ISE TCAD 7.0, измерить вольт - фарадные характеристики, коэффициенты нелинейности и перекрытия и установить соответствие аналитической модели полученным результатам.
Научная новизна работы определяется следующими полученными результатами: разработана физическая модель полупроводниковой структуры со сложным распределением концентрации примеси, которая обладает лучшими характеристиками по сравнению с варикапами со ступенчатым и обратным градиентом распределения концентрации примеси; получены в аналитическом виде основные статические характеристики зависимости барьерной емкости и коэффициента нелинейности от напряжения. Это позволило определить интервалы концентрации примеси и технологические режимы получения ступенчато - градиентного профиля
9 распределения примеси, в результате которых получается структура с высокими значениями начальной удельной емкости и коэффициента нелинейности; - установлено, что метод ионной имплантации в сочетании с методом молекулярно - лучевой эпитаксией позволяет получать сложные профили распределения концентрации примеси в полупроводниковых структурах. Показано, что при разумном выборе величины градиентного коэффициента, который играет роль параметра теории, наблюдается корреляция между полученным профилем распределения концентрации примеси и аппроксимирующим выражением.
Практическая ценность работы.
Предложенная физическая модель полупроводниковой структуры и полученные аналитические зависимости емкости и коэффициента нелинейности от напряжения определяют условия получения нелинейных емкостей с заданными вольт-фарадными характеристиками. Использование методов ионной имплантации и МЛЭ позволило установить соответствие между параметром теории - градиентным коэффициентом распределения примеси и коэффициентом нелинейности - как выходным параметром варикапа. Это обеспечивает максимальные значения удельной емкости и коэффициента перекрытия.
Реализация и внедрение результатов.
10 Результаты работы внедрены в НИР «Учебная техника» и «Индустрия образования» по федеральной программе Минобразования «Научное, научно-методическое, материально-техническое и информационное обеспечение системы образования», подпрограмма: «Научное и научно-методическое обеспечение индустрии образования», раздел 6 - системы и комплексы поддержки учебного процесса и научных исследований, подраздел 2 — комплексный анализ и научно-методическое обоснование номенклатуры автоматизированных лабораторных практикумов удаленного доступа по группам инженерных дисциплин.
Основные научные положения, выносимые на защиту: 1.Физическая модель полупроводниковой нелинейной емкости со сложным распределением концентрации примеси.
2.Результаты анализа теоретических зависимостей коэффициента нелинейности и емкости от напряжения. Влияние параметра теории — градиентного коэффициента на основные электрические параметры варикапа. 3.Технологические режимы изготовления варикапа со ступенчато - градиентным профилем распределения концентрации примеси на основе сочетания ионной имплантации и молекулярно-лучевой эпитаксии. 4.Результаты моделирования структуры в системе ISE TCAD 7.0 Апробация диссертационной работы.
Основные результаты работы докладывались на конференциях профессорско-преподавательского состава Пензенского гос. университета (2000 - 2004), III международной научно-технической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы физики» (Саранск, 2001), 1-й Российской конференции молодых ученых по физическому материаловедению (Калуга, 2001), восьмой (Екатеринбург, 2002), девятой (Красноярск, 2003), десятой (Москва, 2004) всероссийских научных конференциях студентов - физиков и молодых ученых, где получен диплом I степени.
Публикации. По тематике исследований опубликовано 10 работ, в том числе 3 статьи и 7 тезисов докладов.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографии, содержащей 65 наименований. Работа, изложенная на 135 страницах, содержит 5 таблиц, 39 рисунков и 4 приложения.
Основные параметры нелинейных емкостей
Расширение области применения нелинейных емкостей - варикапов - в радиоэлектронных схемах зависит от дальнейшего совершенствования их параметров. Требования к параметрам варикапов зависят не только от схемы применения, но и от режима работы варикапа в схеме. Для большинства схем нужны варикапы с высоким коэффициентом нелинейности [29].
Параметрами варикапа, характеризующими его поведение при переменном напряжении, являются добротность и рабочий диапазон частот. Зависимость емкости барьерного варикапа от напряжения определяется типом изменения концентрации примесей (резкий, плавный и сверх 21 резкий р-«-переход) [23, 25, 29]. В общем случае его емкость при площади р-п перехода S описывается формулой для емкости плоского конденсатора, где роль толщины диэлектрика играет толщина / и-перехода 8: где є - диэлектрическая проницаемость материала, є0 - диэлектрическая постоянная.
Зависимость удельной емкости от напряжения смещения у варикапа, изготовленного методом вплавления (резкий р-п переход), более резкая, чем у варикапа, изготовленного методом диффузии (плавный р-п переход), поэтому в промышленности изготавливают варикапы на основе резкого р-п перехода. Связано это с тем, что глубина проникновения электрического поля в материал зависит от его удельного сопротивления. В сплавном варикапе слои базы, прилегающие к переходу, легированы равномерно, а в диффузионном - при удалении от перехода концентрация нескомпенсиро-ванных примесей увеличивается, поэтому уменьшается удельное сопротивление р. Из формулы (1.1) следует, что уменьшить дифференциальное или статическое сопротивление базы варикапа можно путем выбора исходного полупроводникового материала с большой подвижностью носителей заряда (арсенид галлия, германий с электропроводностью п - типа и т. д.) [23, 30]. Уменьшать сопротивление базы варикапа путем увеличения концентрации носителей заряда нецелесообразно, так как при этом падают подвижность носителей заряда и пробивное напряжение варикапа.
Рабочий интервал напряжений AUpae барьерного варикапа, изготовленного на основе резкого р-п перехода, ограничен, с одной стороны, мак 23 симальным обратным напряжением UMaKC, которое, очевидно, должно быть ниже пробивного напряжения Unp, а с другой - малым прямым напряжением [22].
Для расширения рабочего диапазона изменения удельной емкости АСуд необходимо увеличивать концентрацию легирующей примеси, но при этом уменьшается пробивное напряжение 1}щ, и снижается рабочий интервал напряжений варикапа AUpa6i что нежелательно, так как при уменьшении рабочего интервала напряжений AUpa6 снижается коэффициент перекрытия емкости ЛГпер, становится меньше коэффициент нелинейности Кы поэтому целесообразно для улучшения основных характеристик варикапа изменить закон распределения примеси в р-п переходе.
Обратный градиент концентрации примесей в базе обеспечивает более существенное изменение барьерной емкости, чем в случае резкого р-п перехода при равном изменении обратного напряжения (рисунок 1.5) [29].
Будем считать, что концентрация примесей в левой области много выше, чем в базе. При этом толщина объемного заряда в базе значительно больше, чем в низкоомной области. С ростом обратного напряжения р-п переход расширяется и его граница в базе отодвигается в область со все меньшей концентрацией примесей. В этом случае р-п переход расширяется быстрее, чем при постоянной концентрации примесей в базе.
Барьерная емкость, как правило, не зависит от частоты до субмиллиметровых волн [29]. Рабочий диапазон частот барьерного варикапа ограничивается его последовательным сопротивлением Rn и сопротивлением р-я-перехода Кш (рисунок 1.6).
Эквивалентная схема барьерного варикапа. Так как чаще всего используются несимметричные р-и-переходы, то в основном на величину Rfj влияет сопротивление менее легированной области - базы. Сопротивление /г-и-перехода Яш определяется характеристиками р-и п-областей и рассмотрено ниже.
Расчет основных статических характеристик варикапа со ступенчато — градиентным профилем распределения примеси
Из анализа выражения (2.13) видно, что удельная емкость варикапа обратно пропорциональна приложенному напряжению (Суд и 1). Удельная емкость также зависит от концентрации — N и градиента примеси - а, причем их влияние прямо противоположно друг другу, то есть, если увеличивается концентрация, то увеличивается емкость, если же увеличивается градиент примеси, то емкость уменьшается.
Крутизна изменения удельной емкости от напряжения есть первая производная от выражения (2.13). Варикап определяется еще одной важной статической характеристикой, которая называется нелинейностью. Нелинейность емкости варикапа характеризуется кратностью ее изменения в рабочем интервале напряжений - коэффициентом перекрытия -К"пер. Для ряда схем с варикапами, например в автогенераторах, важна относительная крутизна вольт-фарадной характеристики - коэффициент нелинейности К„, который определяется по следующей формуле:
Таким образом, изменяя такие параметры, как концентрация и градиент примеси, можно получать варикапы на основе сверхрезкого р-п перехода с различными требуемыми характеристиками.
Рассмотрим влияние концентрации (рисунок 2.3) и градиента примеси (рисунок 2.4) на зависимость удельной емкости от обратного напряжения варикапа, изготовленного на основе сверхрезкого р-п перехода, которая определяется по формуле (2.13) (файл расчета приведен в приложении А).
Сравнивая полученные зависимости для удельной емкости от обратного напряжения при различных значениях концентрации и градиенте примеси, видно, что диапазон изменения емкости от обратного напряжения у варикапа со сверхрезким р-п переходом много больше, чем у варикапа с резким р-п переходом, и скорость изменения удельной емкости от напряжения у варикапа со сверхрезким р-п переходом более высокая, чем у варикапа с резким р-п переходом. Это наглядно иллюстрируют рисунки 2.5,2.6,2.7.
Зависимость удельной емкости от обратного напряжения при различных значениях концентрации N варикапа с резким р-п переходом На рисунке 2.6 приведена зависимость коэффициента нелинейности от обратного напряжения при различных значениях концентрации и градиента примеси. Как видно из рисунка, при больших смещениях напрялсения коэффициент нелинейности становится меньше единицы.
На рисунке 2,7 представлена зависимость коэффициента нелинейности от напряжения для варикапа с резким р-п переходом, из которого видно, что он не превышает единицы во всем интервале рабочего напряжения.
Для варикапа с резким р-п переходом высокие значения коэффициента нелинейности достигаются только при прямых смещениях напряжения (рисунок 2,8), что нежелательно, так как при этом резко падает добротность. Это происходит из-за того, что при прямых смещениях используется диффузионная емкость.
Произведем сравнение коэффициентов нелинейности Кн от обратно го напряжения и при различных значениях концентрации варикапов со сверхрезким и резким р-п переходом (рисунки 2.6 и 2.7 соответственно).
Из анализа рисунков видно, что при малых обратных смещениях напряжения коэффициент нелинейности варикапа со сверхрезким р-п переходом много больше единицы, а у варикапа с резким р-п переходом он составляет десятые доли единиц. Поэтому варикап, изготовленный на основе сверхрезкого р-п перехода, обладает гораздо лучшими характеристиками, чем варикап с резким р-п переходом.
Проанализируем теперь коэффициент перекрытия А"пер удельной емкости в рабочем диапазоне напряжений от-0.5Вдо-5В. Численные расчеты коэффициента перекрытия по емкости Кпер для варикапов со сверхрезким и резким р-п переходом приведены в таблице 2.1.
Как видно из таблицы 2.1, коэффициент перекрытия по емкости варикапа, изготовленного на основе сверхрезкого р-п перехода, в три раза превышает коэффициент перекрытия варикапа с резким р-п переходом и, следовательно, отличается большим диапазоном изменения удельной емкости в рабочем диапазоне напряжения.
Второй очень важной задачей является разработка технологии изготовления варикапа с заданным распределением примеси, так как технологический процесс получения сверхрезкого р-п перехода существенно отличается от процесса получения варикапов с резким р-п переходом. Поэтому технология получения варикапа со сверхрезким р-п переходом рассматривается в следующем разделе диссертационной работы.
1. Для заданного распределения концентрации примеси решено уравнение Пуассона и получены зависимости емкости и коэффициента нелинейности от напряжения. Установлено, что при увеличении граничной концентрации уменьшается диапазон изменения емкости, прямо противоположное влияние оказывает параметр теории.
2. Определены значения концентрации легирующей примеси для получения заданных значений емкости и коэффициента нелинейности варикапа.
3. Теоретически установлено преимущество разрабатываемого варикапа по сравнению с варикапом с резким р-п переходом, в том числе по коэффициенту перекрытия. 3. Технология изготовления полупроводниковой структуры со ступенчато-градиентным профилем распределения примеси
Как было показано в главе 1, существует большое количество технологических методов, позволяющих получить ступенчато - градиентный профиль распределения концентрации примеси в базе варикапа. В этом разделе произведем теоретический расчет технологических режимов получения разрабатываемой структуры методами диффузии, ионной имплантации и молекулярно - лучевой эпитаксии и определим наиболее оптимальную технологию.
Расчет технологических режимов изготовления варикапа методом ионной имплантации
Одним из преимуществ применения ионной имплантации является получение больших градиентов концентрации примеси по глубине слоя, недостижимых при традиционных методах с неизбежным диффузионным размыванием границы. Большинство экспериментальных данных по распределениям ионов бора, мышьяка, сурьмы хорошо аппроксимируется теоретическими расчетами с использованием третьего центрального момента в распределении типа «сдвоенная гауссиана» - гауссианы с различными дисперсиями на левом и правом плечах распределения [42].
На основе выражений (3.4) и (1.14) проведем расчет профиля распределения имплантируемой примеси для различных значений энергии и дозы имплантации и определим необходимую толщину окисного слоя Si02, необходимого для получения нужного значения концентрации примеси на поверхности слоя.
Профиль распределения концентрации примеси, полученный методом ионной имплантации с различными энергиями имплантации (Э = 10й см"2, El= 4 кэВ, Е2= 10 кэВ, Ез= 20 кэВ, Е4= 30 кэВ, Е5= 40 кэВ, Еб= 60 кэВ). Из полученных зависимостей видно, что наиболее оптимальными значениями энергии и дозы имплантации являются Е = 20 кэВ и 9 = 10 см 2, так как при таких значениях достигается необходимое значение концентрации примеси на поверхности полупроводника, и не возникают радиационные дефекты в полупроводниковой структуре, количество которых с увеличением энергии имплантации возрастает. Толщина окисного слоя при таком значении энергии имплантации должна составлять 70 им. После ионной имплантации для достижения распределения концентрации легирующей примеси необходимо провести диффузию имплантируемой примеси в течение короткого промежутка времени. Расчет будем проводить для модели диффузии из ограниченного источника.
На рисунке 3.6 приведен график распределения концентрации примеси после процесса диффузии и проведена её аппроксимация экспонен-той по формуле (3.3). Как видно из полученной зависимости, методом ионной имплантации получился большой градиент концентрации примеси. Из аппроксимирующего выражения определим значение параметра теории -а, равного 107 м 1. Построим графическую зависимость приведенной погрешности отклонения аппроксимирующего профиля от расчетного А5 % и определим максимальное значение погрешности аппроксимации. Приведенную погрешность определим по следующему выражению: N(x)
Как видно из рисунка 3.7, приведенная погрешность практически на всем участке близка к нулю и лишь в диапазоне значений от 1.6 микрометра до двух микрометров начинает возрастать, но не превышает пяти процентов. Это доказывает, что аппроксимирующая функция достаточно с хорошей точностью описывает полученное распределение примеси.
Сущность процесса МЛЭ состоит в испарении кремния и легирующего компонента при относительно низкой температуре (550 — 750) С. При этих температурах типичная скорость роста слоев кремния составляет 1-2 мкм/час. Легирование проводят из эффузионных ячеек, в которые загружают легирующие компоненты. По сравнению с эпитаксией из паровой фазы выбор легирующих соединений расширен и возможно управление профилем легирования, а также использование различных способов леги 73 рования. Процесс легирования по своему механизму сходен с процессом роста.
Основной особенностью МЛЭ является направленный перенос молекул вещества в виде пучка в высоком вакууме. Оценим, при каких условиях такой массоперенос может быть осуществлен.
Давление в ростовой камере должно быть не менее 10"10- 10"п мбар. Необходимость проведения процесса МЛЭ в сверхвысоком вакууме обусловлена следующими причинами. Из-за отсутствия идеального вакуума любая вакуумная система содержит остаточные газы. Так, например, при давлении в ростовой камере КГ6 мбар на поверхности подложки за 1 с осаждается пленка, состоящая из компонентов остаточного газа с коэффициентом прилипания, близким к 1, толщиной 6 1014 ат/см2 (один монослой). Время образования монослойного покрытия растет пропорционально повышению уровня вакуума, поэтому при давлении в камере -КГ10 мбар на осаждение одного монослоя потребуется 10 с. В атмосфере ростовой камеры современной установки МЛЭ, как правило, содержатся водород, легкие углеводороды, вода, азот, окись углерода, углекислый газ и ар 74 гон, обладающие низкими коэффициентами прилипания к полупроводни ко вой поверхности (10 - 10 ). Таким образом, при проведении процесса МЛЭ в сверхвысоком вакууме удается избежать загрязнения поверхности подложки и внедрения фоновых примесей в растущий слой.
Кратко опишем установку МЛЭ «ЦНА 25». Данная установка имеет 8 молекулярных источников, содержащих различные элементы. Её конструкция типична для установок промышленно — лабораторного типа и в целом соответствует рисунку 3.8. Управление температурными режимами молекулярных источников и подложки, а также положением заслонок осуществляется с помощью микропроцессора, программируемого от персонального компьютера. На дисплее компьютера в графической форме выводится информация о ходе технологического процесса. Для контроля за процессом выращивания структур установка оснащена комплексом аналитических приборов, включающим ионный манометр Баярда - Альперта, дифрактомер быстрых электронов, масс - спек-торметр, вакуумметр. Шлюзовая камера установки позволяет осуществлять предварительную откачку десяти подложек и их быструю подачу в ростовую камеру без нарушения вакуума.
Моделирование технологии изготовления варикапа с помощью интерактивного компоновщика двумерных структур MDRAW
В программе MDRA W моделировалась структура размером десять на десять микрометров. На рисунке 4.4 представлена геометрия этой структуры. После создания структуры программой автоматически генерируется набор командных файлов, содержащих все необходимые данные для расчета электрических характеристик в программе DESSIS. Командные файлы приведены в приложении В. Профиль распределения концентрации примеси, моделированный в программе MDRA W. Моделирование технологии создания профиля распределения примеси в базе варикапа программой MDRA W осуществлялось с использованием следующих моделей:
1. Для моделирования процесса ионной имплантации применялась аналитическая модель симметричной гауссианы [смотри главаї, п. 1.4].
2. При моделировании эпитаксиального наращивания использовалась модель создания слоя с постоянной концентрацией.
Однако результаты моделирования в программе MDRA W являются менее точными по сравнения с моделированием в программе DIOS, поэтому для повышения точного результата необходимо провести моделирование разрабатываемой емкости в программе DIOS.
DIOS - программа моделирования многомерных процессов для полупроводниковых приборов. Она позволяет моделировать последовательности изготовления, включая травление/осаждение, ионное легирование и диффузию/окисление с идентичными моделями в одном и двух измерениях. Некоторые из возможностей доступны даже в трех измерениях.
Для моделирования структуры взята подложка р - типа, легированная бором, с ориентацией (111) и сопротивлением RQH = 10 Ом. В подложку проводилась ионная имплантация бора со следующими параметрами: энергия Е = 20 кэВ и доза Q = 1014 см 2. Затем примесь разгонялась вглубь подложки методом диффузии со следующими параметрами: температура Т = 950 С, время t = 20 мин. По окончании процесса диффузии удаляется окисел и наращивается эпитаксиальный слой р — типа с постоянной концентрацией толщиной 1 мкм и сопротивлением 0.015 Ом. Далее наращивается еще один эпитаксиальный слой п - типа постоянной концентрации и сопротивлением 0.0094 Ом.
В высоких электрических полях дрейфовая скорость носителей растет не пропорционально напряженности электрического поля, вместо этого происходит насыщение скорости до предельной скорости vsgl. DESSIS поддерживает различные модели для описания этого эффекта:
Модель Канали, которая используется в различных версиях DESSIS (одна для дрейфово-диффузионного и термодинамического, и одна для гидродинамического моделирования).
Модель междолинного перехода электронов используется при моделировании приборов на основе GaAs и родственных материалов. Она также поддерживает дрейфово-диффузионное, термодинамическое и гидродинамическое моделирование.
"Основная" модель или модель Мейнерхагена-Энгла используется при гидродинамическом моделировании.
Из перечисленных моделей более подробно остановимся на модели Канали, так как она наиболее точно описывает подвижность электронов и дырок в высоких электрических полях при моделировании полупроводниковых приборов на основе кремния.
1. В результате моделирования электрофизических характеристик и параметров структуры получены зависимости распределения электрического поля и потенциала в области объемного заряда структуры, на основе которых установлены правильность решения уравнения Пуассона во второй главе и выбор начальных и граничных условий.
2. Анализ полученных зависимостей емкости и коэффициента нелинейности от напряжения, полученных в результате моделирования, показал, что их значения хорошо согласуются с теоретическим расчетом.
