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深亚微米半导体器件瞬态电热特性的谱元法分析

沈岙

  半导体器件是构成现代电子设备的基本元件,和摩尔定律预测的结果一样,电路的集成程度越来越高,新材料和新工艺的更新周期很短,使人们的电子设备足以来驾驭这个信息化的时代。另一方面集成电路的小型化反过来促进半导体技术研究和制造工艺的不断前进。而在这个过程中,计算机的数值模拟能够让器件在不用制作出实物的前提下获得其工作参数,在半导体发展的道路上具有至关重要的作用。在传统半导体器件仿真中,一般都使用漂移扩散模型来计算半导体中的电子浓度、空穴浓度以及电势。而当器件尺寸不断缩小到亚微米,甚至深亚微米时,漂移扩散已经不能描述器件内部的速度过冲等物理现象,导致仿真结果不准确。此时,本文所使用的流体力学模型很适合针对此类器件的仿真。本文采用了基于时域谱元法(SETD)的流体力学模型,详细分析了模拟弹道二极管和金属氧化物半导体场效应管的瞬态电热特性。以下为详细研究内容:首先,以弹道二极管为例,使用自洽迭代方法求解了简化的流体力学模型之后,又推导了全耦合的流体力学模型,分析了空穴部分在高电压下不可忽略,以及对比经典漂移扩散模型,证明了流体力学模型存在的必要性。其次,以金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)为例,推导了以准费米势为变量的全耦合形式流体力学方程时域谱元法表达式。得到不同栅极电压下管子内部的载流子浓度分布,载流子温度分布和电势的分布情况,并且考虑了半导体散热问题,在底部加入一块铜热沉进行了联合仿真,观察模型的热分布。实现了对金属氧化物半导体场效应管的电热一体化仿真。在文章的最后还给出了有肖特基接触的MESFET管,使用砷化镓作为半导体材料,分析了 MESFET管的工作原理,并推导了肖特基接触的连续性方程,仿真得到了器件的伏安特性曲线以及各个参数的分布图。……   
[关键词]:时域谱元法;场效应管;深亚微米;电热特性
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:南京理工大学2018年
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