APPLICAZIONE DEL METODO DELLA EQUAZIONE AGGIUNTA A DATI

  • Slides: 23
Download presentation
APPLICAZIONE DEL METODO DELLA EQUAZIONE AGGIUNTA A DATI TRIBICC OTTENUTI SU DISPOSITIVI DI POTENZA

APPLICAZIONE DEL METODO DELLA EQUAZIONE AGGIUNTA A DATI TRIBICC OTTENUTI SU DISPOSITIVI DI POTENZA AL SILICIO. Relatore: Candidato: Prof. Claudio Manfredotti Bartolo Vissicchio Collaborazioni: International Rectifier Corporazione Italiana, Borgaro Torinese. Rudjer Boskovic Institute, Zagabria (HR). 26/10/2001 Bartolo Vissicchio

Sommario • • • Tecnica IBICC e dati TRIBICC (Time Resolved Ion Beam Induced

Sommario • • • Tecnica IBICC e dati TRIBICC (Time Resolved Ion Beam Induced Charge Collection). Il diodo Mesa Rectifier 168. Il teorema di Ramo e il teorema di Gunn. Metodo dell’equazione aggiunta. Analisi dei profili di efficienza mediante il metodo dell’equazione aggiunta. Conclusioni. 26/10/2001 Bartolo Vissicchio 2

Scopo della Tesi Misura del tempo di vita medio dei portatori minoritari nella base

Scopo della Tesi Misura del tempo di vita medio dei portatori minoritari nella base del dispositivo Dati IBICC 26/10/2001 Dati TRIBICC Bartolo Vissicchio 3

Motivazione Utilizzare una tecnica affidabile per valutare il tempo di vita dei portatori minoritari,

Motivazione Utilizzare una tecnica affidabile per valutare il tempo di vita dei portatori minoritari, da inserire come dato di input in simulatori ad uso industriale, per l’ottimizzazione delle prestazioni dei dispositivi a semiconduttore. Tempo di vita SIMULATORE Progettazione Realizzazione dispositivo 26/10/2001 Bartolo Vissicchio 4

Metodi di misura del tempo di vita Campione Evoluzione temporale della corrente indotta Tempo

Metodi di misura del tempo di vita Campione Evoluzione temporale della corrente indotta Tempo di vita Eccitazione (creazione di coppie e-h) Iniezione elettronica: Reverse Recovery (RR) Fascio di fotoni: Photoconductive decay (PCD) Vantaggi: Semplice sistema di misura. Svantaggi: Approssimazione giunzione brusca. Non applicabile a tutti i dispositivi. Valutazione capacità/induttanze parassite. Notevole dipendenza dalla velocità di ricombinazione superficiale. 26/10/2001 Bartolo Vissicchio 5

Microscopia ionica IBICC (Ion Beam Induced Charge Collection) • Vantaggi Possibilità di controllare la

Microscopia ionica IBICC (Ion Beam Induced Charge Collection) • Vantaggi Possibilità di controllare la profondità ed il profilo di generazione. • Applicabile a dispositivi ultimati. Svantaggi • • Uso di un acceleratore. Danneggiamento campioni. Risolvibile con fasci ionici rarefatti (<1000 ioni/s) 26/10/2001 Bartolo Vissicchio 6

Apparato Sperimentale (IBICC) Misure eseguite presso il Rudjer Boskovic Institute, Zagabria (HR) Osservabile: Efficienza

Apparato Sperimentale (IBICC) Misure eseguite presso il Rudjer Boskovic Institute, Zagabria (HR) Osservabile: Efficienza di raccolta Carica raccolta Energia dello ione incidente Energia di creazione e-h, Si (3. 6 e. V) Carica generata 26/10/2001 Bartolo Vissicchio 7

Dati TRIBICC e IBICC Dati TRIBICC (normalizzati) Spettri IBICC ad energia 4 Me. V

Dati TRIBICC e IBICC Dati TRIBICC (normalizzati) Spettri IBICC ad energia 4 Me. V 26/10/2001 Spettri IBICC a 100 V Bartolo Vissicchio 8

Perdita di energia SRIM (Stopping and Range of Ion in Matter) Protoni in Mesa

Perdita di energia SRIM (Stopping and Range of Ion in Matter) Protoni in Mesa Rectifier 168 La generazione avviene principalmente a fine range (picco di Bragg). La profondità di penetrazione dipende dall’energia del fascio. L’elettrodo assorbe poca energia ( 1%) Protoni a 4 Me. V Picco 147 m 26/10/2001 100 m Protoni a 3 Me. V Protoni a 2 Me. V Picco 47 m Picco 90 m 100 m Bartolo Vissicchio 50 m 9

Il diodo Mesa Rectifier 168 Profilo di drogaggio ottenuto attraverso la tecnica Spreading Resistance,

Il diodo Mesa Rectifier 168 Profilo di drogaggio ottenuto attraverso la tecnica Spreading Resistance, effettuata nei laboratori della Solecon Laboratories Incorporated, California (U. S. A. ). Prodotto dalla IRCI ed utilizzato nella costruzione di saldatrici industriali. Caratteristiche elettriche: • Classe 1200 V (corrente < 5 m. A). • Corrente diretta 40 A a 1, 30 V. 26/10/2001 Bartolo Vissicchio 10

Campo elettrico in polarizzazione inversa Andamento ricavato attraverso il codice di simulazione numerica PISCESII.

Campo elettrico in polarizzazione inversa Andamento ricavato attraverso il codice di simulazione numerica PISCESII. Le tensioni sono quelle adoperate durante le misure sperimentali. 26/10/2001 2 Me. V 3 Me. V 4 Me. V Bartolo Vissicchio 11

Mobilità dei portatori Ottenuta tramite PISCESII Elettroni Velocità di saturazione 107 cm/s 26/10/2001 Lacune

Mobilità dei portatori Ottenuta tramite PISCESII Elettroni Velocità di saturazione 107 cm/s 26/10/2001 Lacune Bartolo Vissicchio 12

Tempo di vita dei portatori Variabile Drogaggio 26/10/2001 Bartolo Vissicchio 13

Tempo di vita dei portatori Variabile Drogaggio 26/10/2001 Bartolo Vissicchio 13

Teorema di Ramo S. Ramo, “Proc. of IRE 27” (1939), 584. e E V

Teorema di Ramo S. Ramo, “Proc. of IRE 27” (1939), 584. e E V La carica indotta agli elettrodi è dovuta al moto dei portatori soggetti al campo elettrico E. Corrente indotta: Generalizzazione del teorema considerando la presenza di carica spaziale in condizioni di svuotamento totale G. Cavalleri, G. Fabri, E. Gatti, V. Svelto, Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. 21 (1971), 177. campo elettrico dovuto alla tensione applicata. Corrente indotta: densità di corrente dovuta al campo elettrico totale 26/10/2001 Bartolo Vissicchio 14

Teorema di Gunn J. B. Gunn, “A general expression for electrostatic induction and its

Teorema di Gunn J. B. Gunn, “A general expression for electrostatic induction and its applicantion to semiconductor devices”, Solid State Electronics, Pergamon Press 1964. Vol. 7, 739 – 742. Generalizzazione del teorema di Ramo per dispositivi parzialmente svuotati e con distribuzione di carica spaziale dipendente dal potenziale applicato. Corrente indotta Osservabile: Efficienza di raccolta Occorre valutare la concentrazione dei portatori per ogni punto di generazione Risolvere equazione di continuità 26/10/2001 Occorre conoscere tutti i parametri di trasporto statici del diodo (tempo di vita, campo elettrico e mobilità). Output di PISCESII Bartolo Vissicchio 15

Funzione di generazione G* Elettroni Lacune La funzione di generazione di Gunn definisce univocamente

Funzione di generazione G* Elettroni Lacune La funzione di generazione di Gunn definisce univocamente la regione di svuotamento. 26/10/2001 Bartolo Vissicchio 16

Metodo dell’equazione aggiunta Equazione di continuità per gli elettroni Equazione aggiunta corrispondente Risolvendo numericamente

Metodo dell’equazione aggiunta Equazione di continuità per gli elettroni Equazione aggiunta corrispondente Risolvendo numericamente l’equazione aggiunta dell’equazione di continuità dei portatori, utilizzando il termine di Gunn quale funzione generatrice, si ottiene il profilo di efficienza di raccolta. Soluzione equazione aggiunta 26/10/2001 Bartolo Vissicchio Efficienza di raccolta 17

Efficienza di raccolta per dati TRIBICC e IBICC Efficienza di raccolta ottenuta con l’equazione

Efficienza di raccolta per dati TRIBICC e IBICC Efficienza di raccolta ottenuta con l’equazione aggiunta Efficienza di raccolta in funzione del tempo (TRIBICC) Perdita di energia (SRIM) Funzione di trasferimento dell’amplificatore Efficienza di raccolta, ad un dato shaping time, in funzione della tensione di polarizzazione inversa (IBICC) 26/10/2001 Bartolo Vissicchio Tempo di integrazione (shaping time) 18

Per la risoluzione numerica dell’equazione aggiunta si utilizza un programma basato sul metodo alle

Per la risoluzione numerica dell’equazione aggiunta si utilizza un programma basato sul metodo alle differenze finite, precedentemente sviluppato dal Gruppo di Fisica dello Stato Solido INPUT OUTPUT Parametri di trasporto statici (PISCESII) PARAMETRO LIBERO 0 Profilo di efficienza ( (x, t)) Profilo di ionizzazione (SRIM) TRIBICC Funzione di trasferimento IBICC 26/10/2001 Bartolo Vissicchio 19

Analisi dei dati IBICC Sh. T = 1 s Energia 4 Me. V Energia

Analisi dei dati IBICC Sh. T = 1 s Energia 4 Me. V Energia 3 Me. V Tempo di vita 0 = 3, 4, 5, 6, 7 s 26/10/2001 Bartolo Vissicchio 20

Energia 4 Me. V Analisi dei dati IBICC Sh. T = 4 s Energia

Energia 4 Me. V Analisi dei dati IBICC Sh. T = 4 s Energia 3 Me. V Tempo di vita 0 = 4, 5, 6 s 26/10/2001 Bartolo Vissicchio 21

Analisi dei dati TRIBICC (4 Me. V) 50 Volt Sh. T=4 s 100 Volt

Analisi dei dati TRIBICC (4 Me. V) 50 Volt Sh. T=4 s 100 Volt Sh. T=4 s Sh. T=1 s 200 Volt Tempo di vita Sh. T=4 s 0 = (5 1) s 26/10/2001 Sh. T=1 s Bartolo Vissicchio 22

Conclusioni • La tecnica TRIBICC è adatta alla caratterizzazione di dispositivi a semiconduttore. •

Conclusioni • La tecnica TRIBICC è adatta alla caratterizzazione di dispositivi a semiconduttore. • Il metodo dell’equazione aggiunta permette un’interpretazione rigorosa dei dati sperimentali alla luce del teorema di Gunn. • Le simulazioni forniscono risultati compatibili con i dati sperimentali assumendo un tempo di vita dei portatori minoritari di (5 1) s. 26/10/2001 Bartolo Vissicchio 23