《实验六 npn器件设计与特性模拟实验》由会员分享，可在线阅读，更多相关《实验六 npn器件设计与特性模拟实验（14页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、实验六 NPN 器件 TCAD 模拟实验一、 实验调查掌握 NPN 器件的特性，转移特性曲线，IV 特性曲线，放大倍数等二、实验目的1. 熟悉 Silvaco TCAD 的仿真模拟环境；2、掌握 NPN 器件设计流程2. 掌握器件特性的仿真流程3. 掌握使用 Tonyplot 观察仿真仿真结果三、实验要求1、实验前必须仔细调查实验调查的内容2、根据程序完成 NPN 器件的设计仿真四、实验指导器件结构设计步骤：1、 创建一个初始网格结构 2、初始化硅衬底 3、进行 Boron 离子注入 4、进行 Boron 扩散 5、淀积多晶硅栅 6、进行 Polysilicon 掺杂 7、刻蚀多晶硅 8、多晶
2、硅氧化 9、 退火 10、进行二次 Boron 离子注入 11、形成侧氧 12、进行三次 Boron 离子注入与退火 13、镜像得到完整 NPN 结构 14、形成发射级和基极接触 15、定义电极 16、 保存 ATHENA 结构文件 图一 NPN 三极管器件仿真步骤：1、结构说明 2、材料模型说明 3、数学计算方法的说明 4、解析条件说明 5、结果分析 图二 NPN 三极管转移特性图三 NPN 三极管 IV 特性五、实验仿真程序结构仿真程序：go athena# Polysilicon Emitter Bipolar (NPN)line x loc=0.00 spac=0.03line x l
3、oc=0.2 spac=0.02line x loc=0.24 spac=0.015line x loc=0.3 spac=0.015line x loc=0.8 spac=0.15#line y loc=0.00 spac=0.01line y loc=0.12 spac=0.01line y loc=0.3 spac=0.02line y loc=0.5 spac=0.06line y loc=1 spac=0.35# Initial Silicon Structureinit silicon c.arsenic=2e16 orientation=100#struct outfile=in
4、it_bjt.str# Implant Boronimplant boron dose=2.5e13 energy=18 crystal# Diffuse Borondiffus time=60 temp=920 nitro#struct outfile=implant1_bjt.str# Deposit Polysilicondeposit polysilicon thick=0.3 divisions=6#struct outfile=poly_bjt.str# Implant to Dope Polysiliconimplant arsenic dose=7.5e15 energy=50
5、 crystal#struct outfile=dopepoly_bjt.str# Pattern Polysiliconetch polysilicon right p1.x=0.2#struct outfile=etchpoly_bjt.str# Polysilicon Oxidationmethod fermi compressdiffus time=25 temp=920 dryo2 press=1.00#struct outfile=polyox_bjt.str# Annealing Processdiffus time=50 temp=900 nitro press=1.00#st
6、ruct outfile=anneal_bjt.str# Second Boron Implantationimplant boron dose=2.5e13 energy=18 crystal#struct outfile=implant2_bjt.str# Deposit Spacerdeposit oxide thick=0.4 divisions=10#struct outfile=depositspacer_bjt.str# etch the Spacer Backetch oxide dry thick=0.50#struct outfile=etchspacer_bjt.str#
7、 Forming P+ Base Regionimplant boron dose=1e15 energy=30 crystal#struct outfile=implant3_bjt.str# Second Annealing Processdiffus time=60 temp=900 nitro press=1.00#struct outfile=anneal2_bjt.str#struct mirror left#struct outfile=full_bjt.str# Put down Aluminum and Etch to form the Emitter/Base Contac
8、tsdeposit aluminum thick=0.05 divisions=2#struct outfile=deposit_Al_bjt.str# etch the Left Hand Side Shaded Regionetch aluminum start x=-0.16 y=-0.35etch cont x=-0.16 y=0.1etch cont x=-0.6 y=0.1etch done x=-0.6 y=-0.35#struct outfile=etchleft_bjt.str# etch the Right Hand Side Shaded Regionetch alumi
9、num right p1.x=0.15#struct outfile=etchfight_bjt.str#electrode name=emitter x=0.00#electrode name=base x=-0.65#electrode name=collector backside#struct outfile=bjt.str性能仿真程序：go atlas#mesh infile=bjt.str#material number=2 taun0=5e-06 taup0=5e-06 #models auger consrh conmob fldmob b.electrons=2 b.hole
10、s=1 evsatmod=0 hvsatmod=0 boltzman bgn print temperature=300#contact name=emitter n.poly surf.rec#method newton itlimit=25 trap atrap=0.5 maxtrap=4 autonr nrcriterion=0.1 tol.time=0.005 dt.min=1e-25solve initsolve vcollector=0.025solve vcollector=0.1solve name=collector vcollector=0.25 vfinal=2 vste
11、p=0.25 solve vbase=0.025solve vbase=0.1solve vbase=0.2log outf=bjt_0.logsolve name=base vbase=0.3 vfinal=1 vstep=0.05 tonyplot bjt_0.log log offsolve init# Ramping base voltage solve vbase=0.025 solve vbase=0.05 solve vbase=0.1 vstep=0.1 vfinal=0.7 name=base # Switch to Current Boundary Conditions c
12、ontact name=base current # ramp base current and save the solutions solve ibase=1.e-6 save outf=bjt_1.str master solve ibase=2.e-6 save outf=bjt_2.str master solve ibase=3.e-6 save outf=bjt_3.str master solve ibase=4.e-6 save outf=bjt_4.str master solve ibase=5.e-6 save outf=bjt_5.str master # Load
13、in each initial guess file and ramp Vce load inf=bjt_1.str master log outf=bjt_1.log solve vcollector=0.0 vstep=0.1 vfinal=5.0 name=collector load inf=bjt_2.str master log outf=bjt_2.log solve vcollector=0.0 vstep=0.1 vfinal=5.0 name=collector load inf=bjt_3.str master log outf=bjt_3.logsolve vcolle
14、ctor=0.0 vstep=0.1 vfinal=5.0 name=collector load inf=bjt_4.str master log outf=bjt_4.log solve vcollector=0.0 vstep=0.1 vfinal=5.0 name=collector load inf=bjt_5.str master log outf=bjt_5.log solve vcollector=0.0 vstep=0.1 vfinal=5.0 name=collector # Plot Family of Ic/Vce curve tonyplot -overlay bjt
15、_1.log bjt_2.log bjt_3.log bjt_4.log bjt_5.log -set bjt_1.setquit六、实验任务1、完成实验指导 4 和仿真程序 5 的内容；修改基区注入离子的浓度基区离子的浓度 放大倍数七、实验结果分析与体会附录：NPN 三极管器件仿真操作启动 Deckbuild，同时调用 ATHENA 工具包，在终端输入命令 deckbuild an&实验三：用 ATHENA 创建一个多晶硅发射级 NPN 三极管1、 创建一个初始网格结构 目的，创建一个 0.8um*1.0um 模拟区域及一个非均匀网格 在工具栏右键点击 Commands选 Mesh Defi
16、ne.输入坐标及间距go athena# Polysilicon Emitter Bipolar(NPN)line x loc=0.00 spac=0.03line x loc=0.2 spac=0.02line x loc=0.24 spac=0.015line x loc=0.3 spac=0.015line x loc=0.8 spac=0.15#line y loc=0.00 spac=0.01line y loc=0.12 spac=0.01line y loc=0.3 spac=0.02line y loc=0.5 spac=0.06line y loc=1.0 spac=0.352、初始化硅衬底 （如图一）目的，得到均匀掺杂砷浓度为21016atom/cm3、(100)方向的硅衬底打开 ATHENA Mesh Initialize 菜单：右键点击Commands Mesh Initialize。输入下面选项Material：siliconOrientation：
