基于MATLAB的PN结形成过程蒙特卡罗程序研发

本文基于蒙特卡罗随机行走的思想,用概率和随机抽样模拟PN结形成过程中载流子的运动以及动态分布,解决平衡态PN结电势所满足的泊松方程过于复杂、难以计算以及模拟的问题.利用MATLAB软件将演化过程中的载流子的运动过程可视化,并且将平衡态PN结的电势分布可视化.该方法可通过模拟载流子的运动规律及分布了解PN结的形成过程,进而及时对物理模型进行修正.该程序实现手段简便,物理图像清晰,可以用于半导体物理等相关课程的课堂教学.

一种基于传输线理论的pn结二极管小信号模型

为了精确表征毫米波频段pn结二极管的特性,提出了一种基于传输线理论的pn结二极管小信号模型。该模型包括表征pn结的本征部分和寄生部分。以量化的pn结耗尽区串联电阻作为中间项,通过非线性传输线理论近似方法,推导出全新的pn结二极管小信号模型的拓扑结构。通过导纳参数和阻抗参数的参数解析提取方法,提取等效电路中各元件参数值。使用某磷化铟(InP)工艺线加工所得2×3μm、8×8μm、4×16μm二极管的散射参数数据进行验证。结果表明,在1~110 GHz频率范围内,不同偏压的模型仿真结果与测试结果均吻合较好,同时也能表明模型在毫米波频段内有良好的适用性。

栅控内嵌反偏PN结的单器件同或门电路的研究

在实现同或门电路时,为减少器件的使用以及使用简便,提出了栅控内嵌反偏PN结的单器件同或门电路(GPN-XNOR)。通过silvaco软件建模与仿真,分析其工作原理。GPN-XNOR是通过控制栅极电压来控制其下方体硅区的多数载流子类型,利用漏极电压实现PN结的正偏与反偏,进而实现器件的导通与截止。在漏极电压为正,栅压的极性相同时,器件可以正常导通,进一步实现同或功能。如果栅压极性不同,器件不会导通。GPN-XNOR结构与传统的MOS场效应晶体管不同之处在于源区采用了N型重掺杂区,漏区采用了P型重掺杂区,源漏掺杂类型不相同。相比于CMOS工艺实现同或功能来说,该设计具有材料用量少,占用芯片面积少的特点,只需要一个器件就可以实现同或XNOR逻辑功能,并且不用转换栅极电压的极性就可以实现同或门电路。

PN结光电子器件:科研创新与教学融合

阐述了低维材料在光电子器件领域的创新发展,设计了以PN结光电探测器为核心的本科生实验模块.通过光电测试系统获得了PN结光电探测器的光电流响应,并对其机理进行了深度分析.学生在教师的指导下完成材料制备、器件测试以及理论分析,促进了科研成果向本科教学的转化,也增强了学生对PN结关键概念的理解.

电子学仿真在PN结教学中的运用探析

在PN结等半导体器件中,载流子浓度表现出复杂的时空演化特征。目前,普遍采用理论分析的教学方法,虽然使学生感受到了复杂问题处理的技巧,却失去了对器件工作过程的全面认识。提出在器件教学过程中融入电子学仿真的研究方法,使学生掌握理解和探索器件的有力工具。比较了理论分析与数值仿真两种方法的优点和缺点,阐述了电子学仿真软件在PN结教学中的作用,并举例运用仿真手段剖析了教材中的疑点。相信仿真工具将激发学生的学习兴趣,促进从注重知识积累的学习习惯到自主探索的学习范式的转变,提升课程教学效果,并缩短从课程学习到科研实践的路径。

反向偏置下碲镉汞环孔PN结耗尽区电容的计算

采用突变结近似,对反向偏置下碲镉汞(HgCdTe)环孔PN结耗尽区电容的计算方法进行了分析和讨论,给出了若干条件下的计算结果,表明与有关理论分析的结论是吻合的。

基于PN结物理特性综合实验仪测量电子电荷量

电子电荷量是一个极为重要的基本物理量,对它的精确测定有着非常重要的意义。基于PN结物理特性综合实验仪,利用PN结正向电流随正向电压按指数变化的规律,把波尔茨曼常量作为已知值,测量出三极管发射极和基极之间的电压值,结合最小二乘法进行线性拟合,精确地计算和测量出了电子的电荷量。该方法的测量原理清楚、实验设备简单、操作方便,从测量结果可知,所测电子电荷量与标准值相比,其相对误差较小,说明测量结果准确,实验方案确实可行,具有一定的应用价值。

一维平面PN结和环孔PN结理想I-V关系的比较

通过用MATLAB求解一维形式下平面PN结和环孔PN结的连续性方程,给出了两者的I-V关系式,并进行了分析比较。由于几何结构上的差异,它们的I-V关系式有所不同。

采用半导体激光器自身pn结特性测温的半导体激光器恒温控制

温度对半导体激光器的发射波长有很大的影响,而很多应用都要求半导体激光器的发射波长是稳定的。针对使用测温元件作为温度传感器进行半导体激光器恒温控制中存在的温度误差,提出了以半导体激光器自身pn结作为温度检测元件进行半导体激光器恒温控制的方法,设计了半导体制冷器的驱动电路。该方法利用pn结的温度敏感特性,首先通过实际测量标定pn结的温度与其两端压降的对应关系,然后通过测量压降得出相应的实际温度。实验结果表明,采用该方法消除了使用温度传感器进行半导体激光器恒温控制中温度梯度造成的恒温误差,提高了测量速度,显著减小了超调量,消除了静差和波动。

不同上升时间快前沿电磁脉冲引起PN结失效、烧毁的二维数值模拟

利用半导体器件二维模拟软件数值模拟计算了不同上升时间的快前沿电磁脉冲对PN结的毁坏过程,对计算结果作了分析,得到了一维器件模拟无法得到的电流通道等其他二维效应,详细地给出了器件正常工作、失效直至烧毁的全过程。

PN结型器件在氚钛片辐照下电输出性能

用多片具有不同金属钛膜厚度和充氚量的氚钛片对两种单晶硅基PN结型器件进行了辐照,在线测量了它们的电输出性能并进行了定性分析。结果表明,在本文所采用的钛膜厚度和氚量级下,器件输出短路电流等随充氚量增加而小幅增大,但不成正比关系;器件的掺杂浓度、结深等结构参数对器件电输出性能影响较大。

飞秒激光对P型碲镉汞打孔的形貌和PN结特性研究

激光束诱导电流(LBIC)检测实验表明,飞秒激光刻蚀P型碲镉汞形成的孔洞结构具有PN结特性.实验研究了激光刻蚀功率、激光聚焦透镜数值孔径等参数对刻蚀孔形貌的影响,发现在较低的激光功率范围内,孔径与激光功率基本呈线性关系.刻蚀孔反型层的厚度也与激光功率基本呈线性关系,但不同激光功率刻蚀所形成孔结构的LBIC信号强度的改变不大.另外,还研究了刻蚀激光在材料中聚焦深度对刻蚀孔LBIC信号的影响,发现该因素的影响并不明显.

低能离子束轰击碲镉汞制备pn结电学特性的研究

用低能离子束轰击工艺制备了３～５μｍ及８～１０μｍ碲镉汞ｐｎ结，研究了它们的电流－电压及电容－电压特性，发现该ｐｎ结为缓变结，与通常认为的关于低能离子束轰击ｐ型碲镉汞造成表面转型的机制主要是汞扩散的假说相符合．

pn结中的小电流过趋热效应及理论模拟计算

晶体管在耗散功率时,结温分布一般不均匀.在晶体管子管并联模型的基础上,经过实验和理论模拟计算及验证发现结温分布不均匀时,高温区的电流密度大于低温区的电流密度;测试电流越小,高温区与低温区电流密度的比值越大,电流越集中在高温区,且集中区域的面积随着测试电流的减小而缩小,这种现象称为小电流过趋热效应.利用这一特性可以研究晶体管结温分布的不均匀性,计算结温分布的不均匀度,对半导体器件可靠性分析具有重要的意义.

台面PN结InSb红外探测器响应时间研究

分析了光伏In Sb探测器响应时间与量子效率、反向饱和电流的关系,设计出量子效率为0.61~0.56、响应时间为20~60 ps的锑化铟(In Sb)红外探测器,实验制备了台面p^+-on-n结构的探测器。通过I-V、C-V测试验证了制备的器件物理参数与设计值吻合。采用脉冲响应测试了In Sb探测器的响应时间(0.3μs),由于封装和其他分布电容的限制,响应时间测试值与理论计算值存在差距。

中子辐照下的6H-SiCpn结电特性分析

用中子辐照在 6H- Si C pn结中引入的复合中心和深能级陷阱解释了 Si C pn结辐照后电特性退化的现象 ,并推导了辐照后 Si C pn结理想因子与外加电压的关系 ,给出了 Si C pn结中子辐照电特性退化的模型 ,模拟结果和实验数据的对比说明关于 Si C

微波照射金属结时再辐射的特性及其与PN结的区别

本文从势垒的角度 ,分析了金属结的非线性伏安特性 ,并将其作幂级数展开 ,讨论了金属结在单频和多频微波场激励下 ,由于再辐射特性产生的二次和三次谐波电流的表达式以及它们与入射激励场大小的关系 .论文详细地讨论了数值分析过程 ,并给出样例的数值结果 .此种方法具有很大的通用性 ,可以用于各类金属结点的分析 .计算结果表明 :当入射激励场较小时 ,再辐射产生的三次谐波幅度将大于二次谐波幅度 ,这与PN结的再次辐射特性 (二次谐波幅度大于三次谐波幅度 )正好相反 .但当入射激励场的场强过大时 ,则二次谐波幅度将会大于三次谐波幅度 ,这与PN结的区别将会减小 .较低功率照射下金属结与PN结再辐射特性的区别正是许多实用探测仪器工作的理论依据 。

PN结对交流信号相位的影响

交流小信号被 PN结和电容分压 ,且电容值远远大于 PN结电容值时 ,大电容两端的电压是很小的交变电压 ,该信号的相位与 PN结的内阻 (正向 )有关 .把 PN结当做一个电容和一个电阻并联 。

微电路pn结瞬态电离辐射响应二维数值模拟

用增强光电流模型对微电路 pn结瞬态电离辐射响应开展了数值模拟计算。该模型在Wirth-Rogers光电流模型的基础上 ,增加考虑了高注入对过剩载流子寿命的影响以及衬底 (准中性区 )电场的效应 ,这些效应对于高阻材料是不容忽视的。该模型对正确预估微电路

瞬态退火过程中高密度缺陷运动对PN结漏电流影响的机理

5×10^(16)cm^(-2)的As高注量注入Si时,瞬态退火过程中出现高密度缺陷.它是由超饱和As浓度的存在造成的,其分布随退火时间增加而展宽.这种缺陷在退火过程中导致奇异扩展的出现.As浓度分布在高密度缺陷区与单晶区交界处出现拐点.拐点深度随退火时间加长而变深.高密度缺陷扩展结果导致PN结漏电流增加.讨论了缺陷运动对PN结漏电流影响的机理.