静电感应晶体管的研究与仿真

摘要

随着高新技术的发展和人们对高品质生活条件的追求，导致电力半导体器件的更新换代越来越快，而其研发周期通常包括理论研究、产品试验和批量生产三个环节，所以对于提高产品试验成功率、缩短产品推向市场的时间来说，成熟的理论研究和基于软件的辅助设计至关重要。
　　目前，静电感应晶体管作为新型半导体器件的一种，理论研究滞后于实践过程，且利用计算机辅助研究也不多见。因此，本文通过半导体仿真软件Silvaco Tcad对器件进行仿真模拟，达到对器件工作的物理机理解释和器件结构的关键参数优化的目的。论文研究工作主要包括四个方面：
　　一是论述静电感应晶体管的结构种类、工作机理。在此基础上，从性能相似性和原理代表性两个方面分析确定了本文的研究结构为基于硅的表面栅型静电感应晶体管。
　　二是从Silvaco Tcad仿真软件入手，建立了器件仿真模型。首先简单对半导体仿真软件做了介绍；其次以材料硅为衬底材料，针对本文研究的基于硅平面栅静电感应晶体管器件，从基本方程、材料特性、界面特性、物理模型、离化模型、边界条件等方面对器件模拟方法做了定义。
　　三是从工艺角度入手，对器件的研制过程进行了工艺仿真。以软件工艺仿真模块Athene为模拟平台，从生成氧化层、扩散和离子注入杂质、光刻等工艺进行了模拟仿真；重点是通过对比分析，选用了横向扩散小、结深相对精确的离子注入栅代替传统的扩散法，源极区采用快退火形成杂质的二次分布和消除晶格损伤。
　　四是从器件仿真入手，对影响器件电学性能的关键结构参数进行了分析。这个过程是基于软件电学仿真模块Atlas进行的。一方面仿真分析了器件类五极管饱和特性曲线和类三极管不饱和特性曲线，并通过改变反偏栅压和漏偏压，分析沟道势垒形成机理；另一方面对影响器件伏安特性曲线的关键结构参数进行了仿真分析，确定了器件各电学性能参数对器件沟道长宽、源极区参数、漂移层参数的相互依赖关系，从而得到所需器件性能所对应的最优器件结构参数，为器件工艺实践起到了理论指导作用。

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1 绪论

1.1 选题背景

1.2 课题研究目的与意义

1.3 本文设计的主要内容

2 SIT结构演变和原理分析

2.1 静电感应器件的种类和结构

2.2 SIT的结构种类

2.3 SIT的工作基本原理

2.4本章小结

3 SIT仿真模型建立

3.1 Silvaco中的模型和参数的选取

3.2 SIT仿真基本模型和研究方法

3.3 本章小结

4 基于硅衬底SIT工艺仿真及参数优化

4.1 网格定义

4.2 一次氧化

4.3 SiO2刻蚀

4.4 栅区掺杂

4.5 源区掺杂

4.6 漏区掺杂

4.7 静电感应晶体管制作工艺参数优化

4.8 静电感应晶体管制作工艺流程

4.9 本章小结

5 基于硅衬底SIT器件仿真及性能分析

5.1 类五极管特性

5.2 类三极管特性

5.3 势垒高度对栅极电压的依赖关系

5.4 势垒高度对漏极电压的依赖关系

5.5 沟道参数对直流特性的影响

5.6 源极区参数对直流特性的影响

5.7 漂移层参数对直流特性的影响

5.8 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果