半导体专业实验补充silvaco器件仿真.docx

实验2 PN结二极管特性仿真

1、实验内容

PN结穿通二极管正向I-V特性、反向击穿特性、反向恢复特性等仿真。

结构和参数：PN结穿通二极管的结构如图1所示，两端高掺杂，n-为耐压层，低掺杂，具体参数：器件宽度4μm，器件长度20μm，耐压层厚度16μm，p+区厚度2μm，n+区厚度2μm。

掺杂浓度：p+区浓度为1×1019cm-3，n+区浓度为1×1019cm-3，耐压层参考浓度为5×1015cm-3。

0

0

W

p+

n-

n+

图1 普通耐压层功率二极管结构

2、实验要求

掌握器件工艺仿真和电气性能仿真程序的设计

掌握普通耐压层击穿电压与耐压层厚度、浓度的关系。3、实验过程

#启动Athenagoathena

#器件结构网格划分；linexloc=spac=linexloc=spac=lineyloc=spac=lineyloc=spac=lineyloc=10spac=lineyloc=18spac=lineyloc=20spac=

#初始化Si衬底；

initsilicon=5e15orientation=100#沉积铝；

depositalumthick=div=10#电极设置

electrode name=anodex=1electrodename=cathodebackside#输出结构图

structureoutf=tonyplot

#启动Atlasgoatlas

#结构描述

doping conc=1e20===0 =uniformdoping conc=1e20===18 =uniform#选择模型和参数

modelscvt srhprint

methodcarriers=2impactselb

#选择求解数值方法methodnewton

#求解solveinitlogoutf=

solvevanode=

solvevanode=vstep=vfinal=5name=anode#画出IV特性曲线

tonyplot#退出quit

图2为普通耐压层功率二极管的仿真结构。正向I-V特性曲线如图3所示，导通电压接近。

图2普通耐压层功率二极管的仿真结构

图3普通耐压层功率二极管的正向I-V特性曲线

运用雪崩击穿的碰撞电离模型，加反向偏压，刚开始步长小一点，然后逐渐加大步长。solvevanode=vstep=vfinal=-5name=anode

solvevanode=vstep=vfinal=-20name=anode

solvevanode=-22vstep=-2 vfinal=-40name=anodesolvevanode=-45vstep=-5 vfinal=-240 name=anode

图4普通耐压层功率二极管的反向I-V特性曲线求解二极管反向IV特性，图4为该二极管的反向I-V特性曲线。击穿时的纵向电场分布如图5所示，最大电场在结界面处，约为×105V?cm-1，在耐压层中线性减小到80000

图4

普通耐压

层功率二

极管的反

向I-V特

性曲线

图5 普通耐压层功率二极管击穿时的电场分布

导通的二极管突加反向电压,需要经过一段时间才能恢复反向阻断能力。电路图如图6所示。设t=0前电路已处于稳态，I=I。t=0时，开关K闭合，二极管从导通向截止

d f0

过渡。在一段时间内，电流I以d/d=-Ur/L的速率下降。在一段时间内电流I会变

d i0 t d

成负值再逐渐恢复到零。仿真时先对器件施加一个1V的正向偏压，然后迅速改变电压给它施加一个反向电压增大到2V。

solvevanode=1logoutf=

solvevcathode= ramptime= tstop= tstep=

反向恢复特性仿真时，也可以采用如图7的基本电路，其基本原理为：在初始时刻，电阻R的值很小，电阻R的值很大，例如可设R为1×10-3?，R为1×106?；电感L可设为3nH；

1 2 1 2 1

电压源及电流源也分别给定一个初始定值v，i；那么由于R远大于R，则根据KCL可知，电

1 1 2 1

流i主要经过R支路，即i的绝大部分电流稳定的流过二极管，二极管正向导通，而R支路几

1 1 1 2

乎断路，没有电路流过。然后，在短暂的时间内，使电阻R的阻值骤降。此时，电阻器R作

2 2

为一个阻源，其阻值在极短的时间间隔内以指数形式从1×106?下降到1×10-3?。这一过

程本质上是使与其并联的连在二极管