silvaco 仿真BJT

       本次实验为利用silvaco仿真BJT器件，分析不同p区厚度以及p区不同掺杂浓度研究其电流增益的变化。

 一、器件要求

区域	掺杂方式	掺杂浓度或 峰值浓度（/cm3）	厚度（um）	宽度（um）
N-漂移区	均匀	5e13-5e14	跟随设计	跟随设计
P 基区	高斯	0.5e17 – 5e17	1 - 3	与N-一致
N+发射区	高斯	1e18 – 5e19	0.05	跟随设计
P+基区接触	高斯	5e19	0.05	与N+距离1um
N+衬底	高斯	5e19	1	与N-一致

 按器件要求设计出对应结构的BJT：

首先设定N-漂移区掺杂浓度为5e13，通过公式可得：

     可得N-区最薄厚度为15um，设定P区厚度为2um，N+发射区厚度为0.05um，P+基区接触厚度为0.05um，N+衬底厚度为1um，于是器件总厚度为18um；设定器件宽度为4um，N+发射区宽度为2um，P+宽度为1um；整体尺寸见图1.1 所示。 

图1.1 初步BJT器件尺寸

二、仿真结果

     通过图2.1 可得到BJT的结构图，其主要在x=2处N+与p出现PN结处网格较为密集，以及在y=2um处出现PN结，其在此处网格较为密集。 

 图2.1 BJT仿真结构图

 

正向阻断特性曲线

 图 2.2  BJT正向阻断特性曲线

            图2.2为BJT正向阻断特性曲线图、该曲线由CE提供高电压获得、通过观察曲线可以得到曲线在315v电压左右开始被击穿，曲线刚开始为较为缓慢的曲线当达到阻断临界电压曲线突变近似为垂线、可知BJT当CE施加电压时，主要由集电极阻断电压，空间电荷区主要在N-区扩展，N-区作为最主要的耐压层，当CE电压不断加大，由于N-区宽度为15um，当电压达到300v左右，主要发生为雪崩倍增效应。

正向导通特性曲线

 图 2.3  BJT正向导通特性曲线

         图2.3为BJT正向导通特性曲线图、该仿真曲线由CE提供正向电压，BE提供基极电流而得到、分析曲线首先为线性上升区，然后变为缓变上升区最后到水平稳定区、当基集电流大约达到7×10-6 A时，器件开始导通，基区和发射区相互实现少子注入效应。

P基区掺杂浓度对电流增益影响研究

图2.4 不同基区掺杂浓度下的电流增益比较图

       图2.4 中4副图为p基区不同掺杂浓度条件下的电流增益比较图、前三个为BJT正向导通特性曲线图，通过改变p基区掺杂浓度得到，分别0.5e17、1e17、3e17；最后一个图形为取相同的IB=2e-6，其β=IC/IB计算得到三个不同的电流增益分别为 8、7.5、6.5 构成图形，通过观察最后一个电流增益比较图可以得到：随着p区掺杂浓度的减小，电流增益增大，俩者成反比，曲线呈下降趋势、在导通过程中电子从N+区经过少子注入效应经过p区，在经过p区的过程中由于p区存在空穴，部分电子会与p区空穴复合，一部分电子继续扩散到N-区，若减小p区掺杂浓度便是减小p区空穴浓度，从而达到减小电子和空穴的复合率，从而使得电流增益变大。

P基区厚度对电流增益影响研究

     图2.5 不同基区厚度下的电流增益比较图

        图2.5中4副图为p基区不同厚度下的电流增益比较图、三个为BJT正向导通特性曲线图，通过改变p基区厚度分别为1um、2um、3um其他不变得到，最后一个图形为取相同的点IB=2e-6，其β=IC/IB计算得到三个不同的电流增益分别为 9、7.5、6.75通过观察电流增益改变曲线，可以了解到随着p基区厚度的减小，其电流增益随着变大、由于在正向导通过程中电子通过N+区，经过p区而扩散到集电区，随着p区厚度减小，那么电子也将更易到达集电区，那么电流会相应增大，电流增益也就会相应增大。

三、源程序

正向导通源程序

go atlas
mesh 

x.m l=0      spacing=0.1
x.m l=2      spacing=0.05
x.m l=2.5    spacing=0.08
x.m l=3.0    spacing=0.05
x.m l=4.0    spacing=0.1

y.m l=0.0    spacing=0.06
y.m l=0.05   spacing=0.01
y.m l=1.0    spacing=0.1
y.m l=1.8    spacing=0.1
y.m l=2.0    spacing=0.05
y.m l=2.5    spacing=0.1
y.m l=4.0    spacing=0.5
y.m l=10.0   spacing=1.0
y.m l=16.8   spacing=1.0
y.m l=17.0   spacing=0.05
y.m l=18.0   spacing=0.1

region num=1 silicon

electrode num=1 name=emitter    x.min=0 x.max=2
electrode num=2 name=base      x.min=3 x.max=4 
electrode num=3 name=collector bottom

doping reg=1 uniform n.type conc=5e13
doping reg=1 gauss   p.type conc=1e17 peak=0    junct=2 
doping reg=1 gauss   n.type conc=5e19 peak=18   junct=17 
doping reg=1 gauss   n.type conc=3e19 peak=0    junct=0.05 x.min=0 x.max=2
doping reg=1 gauss   p.type conc=5e19 peak=0    junct=0.05 x.min=3 x.max=4

save outfile=bjt2.str
tonyplot bjt2.str

# set bipolar models
#models bipolar print

models conmob fldmob consrh auger print 
impact selb 
contact name=base common=emitter
method newton autonr trap

solve init
log outfile=bjt2.log
solve vcollector =0.001
solve vcollector =0.05
solve vcollector =0.3  vstep=2  vfinal=20   name=collector 
solve vcollector =20  vstep=5  vfinal=350  name=collector \
   compl=5e-10 e.comp=2

tonyplot bjt2.log
quit