Национальный цифровой ресурс Руконт - межотраслевая электронная библиотека (ЭБС) на базе технологии Контекстум (всего произведений: 635043)
Контекстум
Руконтекст антиплагиат система

Системы автоматизированного проектирования полупроводниковых компонентов радиоэлектронных схем. Crosslight APSYS (110,00 руб.)

0   0
АвторыБобрешов Анатолий Михайлович, Коровченко Игорь Сергеевич, Ряполов Михаил Павлович, Усков Григорий Константинович
ИздательствоИздательско-полиграфический центр Воронежского государственного университета
Страниц34
ID245534
АннотацияВ учебном пособии рассматриваются математический аппарат, применяемый в системах автоматизированного проектирования (САПР) для моделирования работы полупроводниковых приборов, и интерфейс САПР Crosslight Apsys. Подробно описывается процесс создания проекта в САПР Crosslight Apsys для проведения расчётов и анализа результатов моделирования полупроводниковых приборов.
Кому рекомендованоРекомендуется для магистров и специалистов старших курсов дневного и вечернего отделений.
Системы автоматизированного проектирования полупроводниковых компонентов радиоэлектронных схем. Crosslight APSYS / А.М. Бобрешов, И.С. Коровченко, М.П. Ряполов, Г.К. Усков .— Воронеж : Издательско-полиграфический центр Воронежского государственного университета, 2009 .— 34 с. — 33 с. — URL: https://rucont.ru/efd/245534 (дата обращения: 04.05.2024)

Предпросмотр (выдержки из произведения)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ КОМПОНЕНТОВ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СХЕМ. <...> CROSSLIGHT APSYS Учебное пособие Издательско-полиграфический центр Воронежского государственного университета 2009 Утверждено научно-методическим советом физического факультета 17 сентября 2009 г., протокол № 8 Авторы: А.М. Бобрешов, И.С. Коровченко, М.П. Ряполов, Г.К. Усков Резензент канд. физ.-мат. наук, доц. <...> Рассматриваются математический аппарат, применяемый в системах автоматизированного проектирования (САПР) для моделирования работы полупроводниковых приборов, и интерфейс САПР Crosslight Apsys. <...> Подробно описывается процесс создания проекта в САПР Crosslight Apsys для проведения расчётов и анализа результатов моделирования полупроводниковых приборов. <...> Теоретические основы моделирования полупроводниковых приборов в САПР Crosslight APSYS . <...> Процедуры проектирования и основные файлы проекта . <...> Работа с результатами расчета с помощью файлов .plt Список литературы . <...> 29 3 ВВЕДЕНИЕ Современные системы автоматизированного проектирования (САПР) позволяют не только моделировать работу полупроводниковых устройств, но и наблюдать множество физических процессов, в большей мере варьировать параметры эксперимента, получать более полные результаты и, в конечном счёте, дают больше возможностей для понимания и объяснения результатов, полученных экспериментально. <...> ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ В САПР CROSSLIGHT APSYS 1.1. <...> САПР Crosslight APSYS позволяет проводить полное двумерное моделирование с использованием независимых решений уравнения Пуассона, уравнений непрерывности электронного и дырочного тока, уравнений переноса энергии носителей, уравнений теплообмена, а также скалярного волнового уравнения для световодов, например, волноводного фотодетектора <...>
Системы_автоматизированного_проектирования_полупроводниковых_компонентов_радиоэлектронных_схем._Crosslight_APSYS.pdf
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ КОМПОНЕНТОВ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СХЕМ. CROSSLIGHT APSYS Учебное пособие Издательско-полиграфический центр Воронежского государственного университета 2009
Стр.1
Содержание Введение....................................................................................................... 4 1. Теоретические основы моделирования полупроводниковых приборов в САПР Crosslight APSYS ........................................................ 4 1.1. Физические модели, применяемые в пакете Crosslight APSYS, и его возможности ............................... 4 1.2. Теория полупроводников, используемая пакетом APSYS ..... 6 1.3. Численные методы, используемые в САПР Crosslight APSYS ................................................................ 12 2. Среда проектирования Crosslight APSYS ......................................... 16 2.1. Интерфейс и работа с модулем SimuApsys ........................... 16 2.2. Интерфейс и работа с модулем LayerBuilder ......................... 18 2.3. Интерфейс и работа с модулем GeoEditor ............................. 19 2.4. Интерфейс и работа с модулем CrosslightView ................... 20 3. Процедуры проектирования и основные файлы проекта ............... 22 3.1. Синтаксис layer файла .............................................................. 25 3.2. Синтаксис geo файла ................................................................ 26 3.3. Синтаксис sol файла .................................................................. 28 3.4. Работа с результатами расчета с помощью файлов .plt Список литературы .................................................................................. 33 ....... 29 3
Стр.3
1.2. Теория полупроводников, используемая пакетом APSYS Основными уравнениями, описывающими полупроводниковые устройства, являются уравнения Пуассона (1), уравнений непрерывности для электронов (2) и дырок (3) и кинетические уравнения Больцмана для электронов и дырок (4) и (5): ⎛ −∇ 0 ⎜ ⎝ ⎜ Jn J p q V∇ ⎟ = − + + dc R R R Rau G t( ) tj n R R R Rau G t( ) tj p sp st − opt C ⎜ ⎝ kT ⎟ ⎠ ⎜ ⎝ kT ⎟ ⎠ , – электрическая постоянная; , sp st + opt ⎞ ⎟ ⎠ ∇⋅ −∑ − − − j ∇⋅ +∑ + + + j n N exp − −cE F ⎞ ⎛ 0 = p N exp − −E F ⎞ ⎛ 0 = где q – заряд электрона, 0 n p N (1− f N fA A + ∑ − ftj ) , j D D ) − ∂ + = ∂ t N f n D A N ( tj ∂ D ∂t ∂ + ∂ = − ∂ t N f p ∂t , A , i (1) (2) (3) (4) (5) dc – относительная диэлектрическая проницаемость полупроводникового кристалла; n, p, NA, ND, Ntj – концентрации свободных электронов, дырок, ионизированных акцепторов, доноров и j-го глубокого уровня соответственно; fA, fD, ftj – заселенность мелких акцепторов, доноров и j-го глубокого уровня соответственно; i R , tj p – константа, которая принимает значение 1 для глубоких доноров и 0 для глубоких акцепторов; Jn, Jp – плотности токов электронов и дырок; tj n R – скорости рекомбинаций электронов и дырок в единице объема через j-й глубокий уровень; Rsp – скорость спонтанной рекомбинации в единице объема; Rst – скорость вынужденной рекомбинации в единице объема; Rau – скорость оже-рекомбинации в единице объема, если она учитывается при расчетах; Gopt – скорость генерации носителей в единице объема, стимулированной оптическим излучением; n0, p0 – концентрация равновесных , электронов и дырок; N Nc проводимости и в валентной зоне; E Ec – эффективная плотность состояний в зоне , – энергии, соответствующие дну зоны проводимости и потолку валентной зоны; F – уровень Ферми; k – постоянная Больцмана; T – термодинамическая температура. Эти уравнения определяют вольтамперные характеристики полупроводникового устройства. При моделировании в САПР Crosslight APSYS возможно использование ещё двух моделей для описания распределений носителей по энергиям w и температурам. Не следует путать температуру носителей с температурой ионной решётки. Распределений носителей по энергиям показывает, насколько распределение носителей отклоняется от распределения Ферми – 6 δ ε εε ε ν ν ν δ ν
Стр.6
Дирака. Такая модель называется ещё гидродинамической. В САПР APSYS используется вариант этой модели, разработанный Азовым [2]. Для простоты будем рассматривать только уравнения для горячих электронов. Соответствующие уравнения для дырок полностью аналогичны. ∇⋅ +S R w E Jn n S = − 3 5 n c J w− 9 −∇ ⋅ + 10 n w w0 ) w ( nnw∇w . − + ∂(nw) 0 , ∂ = t (6) (7) Здесь w – полная энергия электрона, w0 = 3kT/2 – энергия электрона в состоянии теплового равновесия с решёткой, S – интенсивность потока энергии электронов, а τw – время релаксации энергии. Главной задачей при моделировании процессов является независимое решение этих уравнений относительно электростатического потенциала V, концентраций электронов и дырок n и p, а также энергий электронов и дырок Wn и Wp, соответственно. Из теории физики полупроводниковых устройств известно, что плотности потока носителей тока Jn и Jp из уравнений (2) и (3) могут быть записаны как функции концентрации носителей и квазиуровней Ферми [16]: n n fn p p fp где µn и µp – подвижности электронов и дырок, соответственно. Для удобства будем использовать плотность потока носителей вместо плотности тока и наоборот, не смотря на то, что они различаются на величину элементарного заряда. В гидродинамической модели выражение для электронного (дырочного) тока выглядит иначе: n − ∇ + + + ∇ − ∇ . (10) Граничные условия для уравнений (1)–(3) могут быть реализованы как J = n ⎩ ⎨ ⎧ n [] nw nw ln(mn ) n 3 ( 2 ) ⎭ ⎬ ⎫ омические контакты, контакты с барьером Шоттки, неймановские (отражающие) границы, элементы с сосредоточенными параметрами и контакты, управляемые током. Граничные условия на уравнения для горячих электронов здесь накладываются на температуру носителей у контактов. Для учета процессов генерации-рекомбинации носителей заряда, в том числе и в присутствии глубоких уровней (ловушек), используется модель рекомбинации носителей Шокли – Рида – Холла, описываемая соотношениями: = nj tj n tj nj 1 j tj tj p = pj tj tj pj 1 j tj f где n1j – концентрация электронов в случае совпадения квазиуровня Ферми с энергетическим уровнем Etj j-го глубокого уровня, p1j концентрация для дырок в аналогичных условиях. Для переходного процесса справедливо следующее уравнение, описывающее динамику заполнения ловушек [3]: 7 R c nN (1− ftj ) − c n N f tj , R c pN f − c p N (1− , (18)tj ) J n E∇= , (8) J = ∇, (9)p E τ μ μ μ ψ μ χ γ
Стр.7
N ftj ∂ tj ∂ = − t R R tj n cnj cpj = . (21) m 8kT pj Зная концентрацию ловушек Ntj, сечения захвата для электронов nj дырок pj и энергетические уровни ловушек Etj, из (18) и (19) можно полуи чить выражение для степени ионизации глубоких уровней в установившемся состоянии: f = . (22) + tj cnj (n n1 ) c n c p pj ( nj + pj j + c p p )1 j + При моделировании происходящих во времени процессов заселённость глубоких уровней является функцией времени, зависящей от сечения захвата и локальной концентрации носителей. В этом случае состояние глубоких уровней ищется для каждого шага во времени из (18). Концентрация электронов и дырок в полупроводнике, входящая в уравнения (1)–(3) подчиняется статистике Ферми – Дирака и может быть описана выражениями [4]: − n N F E EC fn = , (23)1/ 2 kt C ⎛ ⎜ ⎜ ⎝ p N F E Efp v = , (24)1/ 2 kt v ⎛ − ⎜ ⎜ ⎝ ⎞ ⎟ ⎟ ⎠ где F1/2 – интеграл Ферми порядка ½. На границе гетероперехода образуется квантовая потенциальная яма, приводящая к образованию тонкого слоя двумерного электронного газа. Для учета этого явления в формулах распределения концентрации (23), (22) необходимо внести слагаемое, характеризующее плотность носителей в яме. Построение модели концентрации носителей в симметричной яме исходит из использования приближения плоских зон при отсутствии внешнего электрического поля (это ситуация наблюдается в состоянии равновесия). При небольшом локальном изменении потенциала, можно продолжить использование приближения плоских зон, если ввести небольшую поправку в энергетический уровень локализованных состояний (рис. 1а). Для упрощения расчетов в этом случае считается, что все электроны сосредоточены в области потенциальной ямы и их концентрация может быть найдена, используя локальный уровень Ферми и уровень локализованных состояний. В этом случае концентрацию носителей в яме можно рассчитать по формуле: 8 ⎞ ⎟ ⎟ ⎠ = , (20) p 8 nj m kT tj p (19) Коэффициенты захвата носителей сnj и cpj можно выразить через сечение захвата с помощью соотношений: n σ σ π σ π σ
Стр.8