Устройство для моделирования распре-дЕлЕНия НОСиТЕлЕй зАРядА B пОлупРО-ВОдНиКОВыХ СТРуКТуРАХ Советский патент 1981 года по МПК G06G7/48 

рых являются первым и вторым входом ячейки, третий вход которой подключен к первой обкладке разделительного конденсатора,.вторая обкладка которого соединена с первыми обкладками двух накопительных конденсаторов, вторые обкладки которых подключены соответственно к выходам источников тока диффузии и дрейфа носителей и соединены с источником тока рекомбинации-генерации, в каждую из п яче ек дополнительно введены два нелинейных резистора, два нерегулируемых источника тока, два регулируе «лх источника тока и источник постоянного напряжения, причем параллельно разде лительному конденсатору подключены два нелинейных резистора, параллельно каждому накопительному конденсато ру подключены соответственно нерегулиpye вJ й и регулируемый источники тока, причем ко входам регулируемых источников тока подключен источник постоянного напряжения. На чертеже изображена схема устройства. Устройство содержит источники 1 постоянных напряжений, источники 2 и 3 токов, накопительные конденсаторы 4 и 5, нерегулируемые источники 6 и 7 тОков, регулируеквле источники 8 и 9 токов разделительный конденсатор 10, нелинейные резисторы 11 и 12, источник 13 тока рекомбинациигенерации носителей. Распределение дырок, электронов и электростатического потенциала в элементарном объеме полупроводника длиной лх и площёщью поперечного сечения S (одномерный случай) определяется следующей системой уравнений в разностной форме: - AXS302|dt+l(U pjSV /AxlIp,(|Up,SVT/А к). (Up2p,-fUp,p,5/4x.((,.(p)-(/e). ,,p25 pj-rt,+K -4XSR2 0. ( -A4San2/3t((Uj,SV /axUnvn3)-{fU, ЧПгП11 0(п1Пг-|Ип,п,5/лх.(ч),,-с|(). ((p,) + &XSR, Q. (2 iySalp2-n,Vdi-l(| РзРа-(W p Pi |ипгПг-(«п,«) (pJP(nгПIHP -nI NгU U|Un,n.j+|Up3P3 S/4X:i{.,-(.,n2(Upjpj)v S/ftx {4i,j-c|,)(C/c 4S/4K|a(ifytp,)/dt-(Ea/cjAx) а(.о,1э .р2.Р}Л«.П2, значения концентраци дырок и электронов н границах соответству щих элементарных объ мов; fp,l Pi-PP3..PnJ«nT подвижности дырок и электронов на границах соответствующих элементарных объемов; Vy - температурный потенциал ; q - заряд электрона; Е -г диэлектрическая постоянная полупроводника;4 iif« a - значения электростатического потенциала на границах соответхствуюиих элементарных объемов; N. - значение концентраций легирующей примеси во И-ом сечении полупроводника. Устройство работает следующим образом. Принимая во внимание систему электрофизических аналогий, где аналогом концентрации электронов служит напряжение на конденсаторах 7-Vp, аналогом концентрации дырок - напряжение на конденсаторах fi-V, разность потенциалов на конденсаторе 10 соответствует изменению электростатического потенциала на длине дх полупроводника. Напряжение на конденсаторах 4 и 5аналоги : концентрации дырок и электронов и конденсаторе 10 - аналоге изменения электростатического потенциала определяют токи источников 2, 3, 6 и 7, которые соответственно равны 2 4(vp,-vp,)v 1, G,(Vn -Vnj); u GHX- I Slyp. J - GV(fi-4i) G,{Vp,-Vn). (7) Ток источников 8 и 9 тока определяется постоянным источником 1 напряжения Уц - аналогом концентрации легирующей полупроводник примесей Принимая во внимание соотношения. (4-9) и соотношения для токов через емкости 4, 5 и10 и резисторы 11 и 12, используя уравнения Кирхгофа для узлов схемы, изображенной на рисунке, при сравнении с уравнениями (1-3) проходит к необходимости принятъ Gj-(Up5SVj/4xj (ип,5Ут/ЛХ; С4-Cs- ДХ Si G -fp Vp, -(Up,VpJS/Ax; Gft.U/e)Ax|Up,Vp,.(10) GV-(ип,у„,,у„;)5/Ах; )dX|Un,V«,., C,o-tS/qAx-, «H - i;i«p vp7r R« - /pB,Vnj. Параметры элементов устройства определяются из соотношений (10) . Параметры источника 13 тока, отражающего влияние генерации-рекомбинации структуре определяется общеизвестны ми соотношениями з . Определяемые разности потенциало в схеме устройства фиксируются с по мощью вольтметров и осциллографов. Включение резисторов, моделирующих дрейфовый ток носителей заряда структуры параллельно емкости, опре деляющей изменение электростатического потенциала за счет тока смещения, и использование источников ток учитывающих влияние концентрации ды рок и электронов, а также отражающи влияние распределения концентрации легирующих примесей на электростати ческий потенциал позволяет осуществ лять моделирование полупроводниковы приборов в условиях близkиx к реаль ным, повысить в несколько раз точность моделирования, что особенно ценно при .электрическом моделировании фрагментов интегральных схем, имеющих малые геометрические размеры и работающих при больших плотностях тока и высоких уровнях инжекции. Формула изобретения Устройство для моделирования распределения носителей заряда в полупроводниковых структурах, содержащее п ячеек, каждая из которых состоит из двух источников тока диффузии и дрейфа носителей, входы которьвс являются первым и вторым входом ячейки, третий вход которой подключен к первой обкладке разделительного конденсатора, вторая обкладка которого соединена с первыми обкладками двух накопительных конденсаторов, вторые обкладки которых подключены соответственно .{(выходам источников тока диффузии и дрейфа носителей и соединены с источником тока рекомби.нации-генераций, отличак)щеес я тем, что, с целью повышения точности моделирования,в каждую из п ячеек устройства дополнительно введены два нелинейных резистора, два нерегулируемых источника тока, два регулируемых источника тока и источник постоянного напряжения, причем параллельно разделительному конденсатору подключены два нелинейных резистора, параллельно каждому накопительному конденсатору подключены соответственно нерегулируемый и регулируемый источники тока, причем ко входам регулируемых источников тока подключен источник постоянного.на пряжения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.С.Т. Sah. The equivalent circuit model in lolid state e I actronics Solid-State Electronics. 1970, V. 13, 12, p. 1547-1575. 2.A. Arendt The RCj-mbdel-general model for semiconductor devices IEEE Transactions on Electron Devices. 1913, EO-20, № 1, p. 5-12 (прототип).. , 3.т. Ohtsuki, K.Kani. A unified modeling for semiconductor devices with applications of statevariable analyses {EEE Transaction n Circuit Theory. 1970, 1, p. 2632.