标题:TCAD Methodology for Simulation of GaN-HEMT Power Devices
来源:Proceedings of the 26th International Symposium on Power Semiconductor Devices & IC’s(14年 ISPSD)
GaN-HEMT仿真面临的挑战
与过去主要集中在硅和锗上的标准 TCAD 方法论相比,GaN-HEMT 技术为准确的 TCAD 仿真增加了额外的复杂性。这是由于以下原因:
- 与硅相比,由于六方晶格系统而具有较低的晶体对称性
- 极化效应,这是器件性能的主要贡献者
- 宽带隙,因此本征载流子浓度低得多
- 高场下的谷间交换,通过 Gunn 效应调制电流
- 半导体材料(异质界面)和部分漂浮区域之间的突变界面
- 陷阱及其特性的重要性增加
以下是一些解释:
- 晶体对称性:晶体对称性是指晶体的原子排列方式的重复性。GaN 具有六方晶格系统,而硅具有立方晶格系统。这意味着 GaN 晶体具有较低的晶体对称性,这使得 TCAD 仿真更加困难。
- 极化效应:极化效应是指由于晶体结构中的不平衡电荷分布而产生的电场。在 GaN-HEMT 中,极化效应会影响电子在器件中的传输,因此需要在 TCAD 仿真中加以考虑。
- 宽带隙:宽带隙是指半导体材料的导电带和价带之间的能隙。GaN 具有宽带隙,这意味着它比硅具有更低的本征载流子浓度。本征载流子浓度是半导体材料中自由电子和空穴的数量。较低的本征载流子浓度会影响 GaN-HEMT 的性能,因此需要在 TCAD 仿真中加以考虑。
- 谷间交换:谷间交换是指电子在不同的能谷之间转移的现象。在 GaN-HEMT 中,谷间交换会在高场下发生,并会影响电流。因此,需要在 TCAD 仿真中考虑谷间交换。
- 突变界面:突变界面是指两种不同半导体材料之间的界面。在 GaN-HEMT 中,存在许多突变界面,例如 AlGaN/GaN 界面和 GaN/SiN 界面。这些突变界面会影响电子在器件中的传输,因此需要在 TCAD 仿真中加以考虑。
- 陷阱:陷阱是指半导体材料中捕获电子的缺陷。陷阱会影响 GaN-HEMT 的性能,因此需要在 TCAD 仿真中加以考虑。
文章研究了什么
本文研究了使用技术计算机辅助设计(TCAD)方法对 GaN-HEMT 功率器件进行仿真的方法。 该研究包括工艺仿真、面内和全应力仿真以及漂移扩散器件仿真。该方法基于 imec 的功能完备的逼真 GaN-HEMT,旨在为 GaN 基器件技术建立准确的仿真工具、方法和模型,并与硬件数据进行基准测试。该研究重点关注网格划分、准确性和鲁棒性标准,以及根据各种实测文献数据缩小有效的材料参数。文章强调了与标准的硅和锗 TCAD 方法相比,GaN-HEMT 技术的准确 TCAD 仿真的额外复杂性,这是由于较低的晶体对称性和极化效应等因素造成的。该研究旨在提供对 GaN-HEMT 的性能影响和影响的见解,这些见解很难通过实验测量进行定量确定。文章来源:https://www.toymoban.com/news/detail-742685.html
以下是对文章中一些关键术语的更详细解释:文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-742685.html
- 技术计算机辅助设计 (TCAD):TCAD 是一种用于设计和模拟半导体器件的计算机软件工具。
- 工艺仿真:工艺仿真用于模拟半导体器件的制造过程。
- 面内应力:面内应力是指半导体器件平面内的应力。
- 全应力仿真:全应力仿真用于模拟半导体器件中的所有应力,包括面内应力和垂直应力。
- 漂移扩散器件仿真:漂移扩散器件仿真用于模拟半导体器件中载流子的漂移和扩散。
- imec:imec 是比利时卢万的一家微电子研究中心。
- 功能完备的逼真 GaN-HEMT:功能完备的逼真 GaN-HEMT 是一个能够准确模拟 GaN-HEMT 器件性能的 TCAD 模型。
- 基准:基准是指将 TCAD 仿真结果与硬件测量数据进行比较,以评估 TCAD 模型的准确性。
- 网格划分:网格划分是指将半导体器件的结构划分为小单元格,以进行 TCAD 仿真。
- 鲁棒性:鲁棒性是指 TCAD 模型在各种条件下仍然准确的能力。
- 有效的材料参数:有效的材料参数是指能够准确预测半导体器件性能的材料参数。
- 晶体对称性:晶体对称性是指晶体中原子排列的重复性。
- 极化效应:极化效应是指由于晶体结构中的不平衡电荷分布而产生的电场。
- 性能影响:性能影响是指影响半导体器件性能的因素。
文章的创新点
- 本文介绍了一种使用 TCAD 方法对 GaN-HEMT 进行系统研究的方法,这是一种模拟 GaN 基功率器件的新颖方法。
- 该研究通过提供与硬件数据进行基准测试的准确仿真工具、方法和模型,专注于优化 GaN 基器件技术。
- 文章中开发的方法解决了 GaN-HEMT 技术与标准的硅和锗 TCAD 方法相比,准确 TCAD 仿真的额外复杂性问题。
- 该研究探讨了机械应力、压电极化和陷阱对 GaN-HEMT 性能的影响,这些影响很难通过实验测量进行定量确定。
- 文章强调了由于 GaN 的内在密度比硅低,因此需要进行扩展精度仿真(至少 128 位)以获得正确的结果。
文章的研究方法
- 本文采用技术计算机辅助设计(TCAD)方法模拟 GaN-HEMT 功率器件。
- 该研究包括工艺仿真、面内和全应力仿真以及漂移扩散器件仿真。
- 该方法基于 imec 的功能完备的逼真 GaN-HEMT,用作准确仿真工具、方法和模型的基准。
- 该调查重点关注网格划分、准确性和鲁棒性标准,以及根据各种实测文献数据缩小有效的材料参数。
- 该研究还包括通过实验设计(DOE)校准参数并在 Sentaurus Process 中生成准确器件结构。
- 该研究旨在提供对 GaN-HEMT 的性能影响和影响的见解,这些见解很难通过实验测量进行定量确定。
文章的结论
- 本文提供了使用 TCAD 方法模拟和校准 GaN-HEMT 的实用指南。它强调了针对 GaN 基器件技术的准确仿真工具、方法和模型的重要性,并以硬件数据为基准。
- 研究方法包括工艺仿真、面内和全应力仿真以及漂移扩散器件仿真。它解决了 GaN-HEMT 技术与标准的硅和锗 TCAD 方法相比,准确 TCAD 仿真的额外复杂性。
- 研究强调了机械应力、压电极化和陷阱对 GaN-HEMT 性能的影响,这些影响很难通过实验测量进行定量确定。
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