Предельные напряжения двух и трехмерных p-n переходов в высоковольтных полупроводниковых приборах

• Автор: Шалимов, Олег Николаевич
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 135 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ПРЕДЕЛЬНЫЕ НАПРЯЖЕИЯрп ПЕРЕХОДОВ В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРАХ И МЕТОДЫ ИХ РАСЧЕТА

1.1. Контакт электронного и дырочного полупроводников

1.2. Пробой рп перехода.

1.2.1. Лавинный пробой рп перехода.

1.2.2. Туннельный пробой

1.2.3. Методы повышения напряжения лавинного пробоя в планарных рп переходах

1.3 Предельные параметры мощных биполярных транзисторов с изолированным затвором I.

1.4 Постановка задачи численного моделирования полупроводниковых структур

1.5 Современные численные и аналитические модели планарных рп переходов для определения напряженности электрических полей и
потенциалов.
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 1.
ГЛАВА 2. РАСЧЕТ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ ОТ РАЗЛИЧНЫХ ЧАСТЕЙ ПЛАНАРНОГО РЕЗКОАССИМЕТРИЧНОГО рп ПЕРЕХОДА МЕТОДАМИ ЗАРЯЖЕННЫХ ЦИЛИНДРОВ И ЗАРЯЖЕ1П ЕЫХ ШАРОВ.
2.1. Постановка задачи.
2.2. Метод заряженных цилиндров для расчета двумерных электрических полей в планарном рп переходе
2.2.1. Расчет двумерных электрических полей от плоского заряженного слоя бесконечной ширины методом заряженных цилиндров
2.2.2. Расчет двумерных электрических полей от боковой части
планарного рп перехода бесконечной ширины.
2.3. Метод заряженных шаров для расчета электрических полей от различных частей трехмерного рп перехода
2.3.1. Расчет электрического поля от однородно заряженного тонкого цилиндра конечной длины методом заряженных шаров.
2.3.2. Расчет электрического поля от прямоугольного заряженного слоя конечных размеров методом заряженных шаров.
2.3.3. Расчет электрического поля от боковой цилиндрической части планарного рп перехода конечной ширины методом заряженных шаров
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 2.
ГЛАВА 3. ПРИМЕНЕННИЕ МЕТОДОВ ЗАРЯЖЕННЫХ ЦИЛИНДРОВ И ЗАРЯЖЕННЫХ ШАРОВ ДЛЯ РАСЧЕТА ЭЛЕТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ ОТ
ЗАРЯЖЕННЫХ ТЕЛ С ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ СИММЕТРИЕЙ.
3.1. Расчет поля от заряженного цилиндра конечной длины
3.2 Примеры расчета поля от заряженного сплошного цилиндра конечной длины
3.3 Расчет электрических полей в конденсаторах с электродами в виде круглых дисков и произвольной толщиной диэлектрика.
3.4 Примеры расчетов поля в конденсаторах с произвольной толщиной диэлектрика
3.5 Расчет электрических полей и предельных напряжений в мезадиоде с круговой областью.
3.6 Пример расчета полей и напряженностей в трехмерном рп переходе мезадиода с круговой р областью.
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ
ГЛАВА 4. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТОВ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ДВУМЕРНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ И ПРОБИВНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ рп
ПЕРЕХОДОВ В РАЗЛИЧНЫХ ТИПАХ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ.
4.1. Расчет распределения двумерных электрических полей в плоских рп
пг переходах конечных размеров методом заряженных цилиндров
4.2 Пример расчета поля в двухмерном рпп диоде.
4.3 Расчет составляющих напряженности электрического поля в мезадиоде .
4.4 Пример расчета составляющих поля в двухмерном мезадиоде.
4.5 Расчет составляющих полей и пробивных напряжений в планарных рп переходах.
4.5.1 Пример расчета составляющих полей и пробивных напряжений в одномерных планарных рп переходах.
4.5.1 Пример расчета составляющих полей и пробивных напряжений в двухмерных планарных рп переходах.
4.6 Расчет напряженности поля в эмиттерном рп переходе и падения напряжения коллекторэмиттер 1ю в транзисторах с инжекцией, усиленной затвором 1ЕСТ.
4.7 Пример расчета полей и пробивных напряжений в 1ЕСТ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАН ЕЫХ ИСТОЧНИКОВ
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


Разработаны новые аналитические методы для расчета составляющих напряженностей электрического поля метод заряженных цилиндров для двумерных рп переходов и заряженных шаров для трехмерных рп переходов. С помощью этих методов впервые выведены формулы для расчета полей от различных структур цилиндра конечной длины, плоского заряженного слоя и др. Разработана методика расчета напряженностей электрических полей и пробивных напряжений в планарных рп переходах, мезадиоде, одной из новых разновидностей биполярных транзисторов с изолированным затвором транзистор с инжекцией, усиленной затвором 1ЕСТ, методом заряженных цилиндров. Новые методы расчета составляющих напряженностей электрических полей в двумерных и трехмерных рп переходах метод заряженных цилиндров и метод заряженных шаров соответственно. Аналитические выражения для расчета распределения составляющих напряженности электрического поля от различных частей планарного рп перехода, в мезадиодах, в БТИЗах. Положение о необходимости наличия заряда на внешних. Вывод об уменьшении пробивных напряжений на в случае рп переходов малой длины а, сравнимой с толщиной рп перехода хгх0, по сравнению с одномерными рп переходами с большой длиной 1ахХо. Практическая значимость диссертации и использование полученных результатов. Предложенная в диссертации методика расчета распределения составляющих напряженности электрического поля в планарных рп переходах может найти широкое применение для оптимизации полупроводниковых структур по пробивному напряжению, как в лабораторных условиях, так и в промышленности, так как предполагает использование стандартного промышленного оборудования и легко поддается автоматизации. МОП транзисторах, БТИЗ и других приборах на ЗАО Микрон, ВЗПП, НИИЭТ в производстве сильноточных мощных полупроводниковых приборов. Апробация работы. Микроэлектроника и информатика , научнотехническом семинаре Шумовые и деградационные процессы в полупроводниковых приборах метрология, диагностика, технология, учебный процесс Москва г. ВГУ г. VIII междунородной научнотехнической конференции Радиолакация. Навигация. Связь Воронеж г. Публикации. По результатам исследований, представленных в диссертации, опубликовано печатных работ, в том числе 3 статьи в сборниках научных трудов, 1 статья в центральной печати, 2 тезисов докладов и 4 доклада на научнотехнических конференциях и семинарах. В совместных работах автору принадлежит вывод формул, обработка результатов, проведение расчетов и написание программного средства. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения. Работа содержит 5 страниц печатного текста, включая рисунка, 9 таблиц и список литературы из наименований. ГЛАВА 1. Рассмотрим случай резкого рп перехода, образованного на границе областей полупроводника с дырочной и электронной проводимостью рис. Пусть акцепторная область полупроводника легирована сильнее, чем донорная . При возникновении контакта между областями полупроводника с различными типами проводимости будет существовать большой градиент концентрации электронов и дырок, в результате чего начнется взаимная диффузия основных носителей заряда. Возникновение диффузионных потоков приведет к разделению зарядов, вследствие чего появится объемный заряд, положительный в п области и отрицательный в р области, и в области контакта полупроводников возникнет электрическое поле, направленное от п области к р области рис. Под действием этого поля возникает дрейф дырок из п области и электронов из р области. Обмен носителями между п и р областями будет проводиться до тех пор, пока дрейфовый поток неосновных носителей не компенсирует диффузионный поток основных носителей заряда. В результате наступит равновесие, при котором суммарный ток через рп переход равен нулю. Равновесное состояние будет характеризоваться одинаковым уровнем Ферми во всей системе, а энергетические уровни краев зон в приконтактной области, в которой имеется электрическое поле, будут искривлены рис. Искривление зон энергии вызовет перераспределение концентрации электронов и дырок. Рис.