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姓名 林詠進(Yung-chin Lin) 查詢紙本館藏 畢業系所 電機工程學系在職專班 論文名稱 利用三維圓柱座標模擬與分析P-N 球接面之崩潰現象
(Breakdown simulation of a spherical PN junction in cylindrical coordinates)相關論文 檔案 [Endnote RIS 格式]
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摘要(中) 本篇論文最主要的目的在於使用三維圓柱座標下的梯形網路來模擬半導體元件p-n球接面的崩潰現象，文中分析p-n接面的I-V曲線的變化與電位的差異，並比較三維圓柱座標與三維直角座標之特性，三維圓柱座下的梯形網路對於p型半導體之半徑的模擬較直角座標精確，且模擬時間較短，並將模擬結果與理論做比較，驗證其正確性。接著再進行參數修改，如不同的接面半徑、摻雜濃度之差異及格子點差異，判斷其影響崩潰電壓的程度，最後總結出最佳的格子點設計之範圍，以達到最佳的模擬效果。
摘要(英) In this thesis, the breakdown phenomenon of a spherical PN junction is studied in 3D cylindrical coordinates. We analyze the shift of I-V curve, potential deviation and compare the deviation between 3D cylindrical coordinates and 3D Cartesian coordinates. We develop the trapezoid 3D cube in cylindrical coordinates. The simulation speed and accuracy in 3D cylindrical coordinates is better than that in Cartesian coordinates. We also verify the simulation result with the theory. Then, we change different parameters such as the radius of a p-n junction, doping concentration and grid points to see the dependence of breakdown voltage on these parameters. Finally, we study how to find a better grid design and get a better simulation result.
關鍵字(中) ★ 圓柱座標
★ 三維
★ 球接面
★ P-N
★ 崩潰現象關鍵字(英) ★ PN junction
★ spherical
★ simulation
★ Breakdown
★ cylindrical coordinates論文目次 目錄
摘要...................................................................I
ABSTRACT..............................................................II
目錄.................................................................III
圖目錄................................................................IV
第一章 簡介............................................................1
第二章 三維元件模擬架構及特性..........................................3
2.1 三維直角座標之特性介紹.........................................5
2.2 三維球座標之特色與設計.........................................7
2.3 三維圓柱座標之梯形網路與特性..................................10
第三章 三維元件模型之建立與驗證.......................................13
3.1 元件模型之建立與理論分析......................................13
3.2 三維圓柱座標之梯形網路模型設計................................20
3.2.1 定義三維梯形網路各個頂點之圓柱座標.....................20
3.2.2 將基礎模型劃分成各個頂點所屬之體積.....................21
3.2.3 計算頂點所屬之體積與電流流經之截面積...................23
3.2.4 定義基礎模型之等效阻抗.................................26
3.2.5 定義基礎模型之等效電場.................................27
3.2.6 定義基礎模型之等效電流.................................29
第四章 三維元件參數設定與崩潰特性模擬分析.............................30
4.1 相異角度之模擬區域電位分析....................................30
4.2 n型半導體高低濃度之電位分析...................................32
4.3 半徑對於崩潰電壓之影響........................................35
4.4 不同摻雜濃度之崩潰電壓模擬分析................................37
4.5 格點設計最佳化與模擬時間之比較分析............................38
第五章 結論...........................................................41
參考文獻..............................................................42
圖目錄
圖2.1 橫向擴散效應所產生之區域種類.....................................3
圖2.2 崩潰電壓與雜質濃度之曲線圖.......................................4
圖2.3 三維直角座標之數值方塊...........................................5
圖2.4 Poisson’s equation的三維等效模型....................................5
圖2.5 曲率接面之格點設計示意圖.........................................6
圖2.6 球座標定義示意圖.................................................7
圖2.7 三維球座標之數值方塊.............................................8
圖2.8 數值方塊定義之示意圖.............................................8
圖2.9 球座標模型各面面外心示意圖.......................................9
圖2.10 求得球座標模型體外心示意圖......................................9
圖2.11 由體外心將模型分成各頂點所屬之體積分解圖.......................10
圖2.12 圓柱座標定義示意圖.............................................11
圖2.13 圓柱座標表示扇形柱體示意圖.....................................11
圖2.14 將扇形劃分成梯形網路示意圖.....................................12
圖2.15 梯形網路表示曲率接面之格點設計圖...............................12
圖3.1 Poisson’s equation的三維等效電路模型...............................14
圖3.2 電子流連續方程式之三維等效電路模型..............................16
圖3.3 包含衝撞游離電子連續方程式之三維等效電路模型....................19
圖3.4 以圓柱座標定義等效模型頂點示意圖................................20
圖3.5 求等效模型體外心之順序圖........................................23
圖3.6 頂點流經截面積之示意圖(一)......................................24
圖3.7 頂點流經截面積之示意圖(二)......................................25
圖3.8 等效模型之各頂點所屬體積定義示意圖..............................26
圖3.9 電場與電位之梯形網路示意圖......................................27
圖3.10 電場與電位之等效模型示意圖.....................................28
圖4.1 圓柱座標劃分扇形角度示意圖......................................30
圖4.2 dθ角度與崩潰電壓曲線圖..........................................31
圖4.3 不同dθ角度所形成之I-V curve比較圖................................32
圖4.4 三維PN二極體外部電極與電流方向示意圖............................33
圖4.5 N型半導體濃度大小造成電位圖之差異(一)...........................33
圖4.6 三維PN二極體之N型半導體高濃度示意圖.............................34
圖4.7 N型半導體濃度大小造成電位圖之差異(二)...........................34
圖4.8 不同半徑所造成之崩潰電壓........................................36
圖4.9 不同半徑之電位分佈..............................................37
圖4.10 不同摻雜濃度所造成之崩潰電壓...................................38
圖4.11 三維直角座標之崩潰電壓與電位圖.................................39
圖4.12 三維圓柱座標梯形網路之崩潰電壓與電位圖.........................39
圖4.13 三維直角座標與三維圓柱座標模擬時間之比較.......................40
表目錄
表4.1 dθ角度與崩潰電壓之比較表........................................31
表4.2 格子點設定之崩潰電壓與運算時間一覽表............................39
參考文獻 [1] Dr.Simon M. Sze, “Semiconductor Devices : Physics and Technology,2nd ED.”Wiley, New
York, 2002.
[2] Chia-Hung Pai, “Development of 3D impact-ionization mode and its applications to breakdown simulation of spherical PN junction”, M. S. Thesis, Institute of EE, Nation Central
University, Taiwan, Republic of China, Jun. 2011.
[3] Yu-Sheng Tso, “Analysis and simulation cylindrical coordinates of curved PN junction properties”, M. S. Thesis, Institute of EE, Nation Central University, Taiwan, Republic of
China, Jun. 2002.
[4] M. Shur, “Introduction to Electronic Devices,” Chapter 3, John Wiley & Sons Inc., 1996.
[5] E. S. Yang, “Microelectronic Devices,” Chapter 5, McGraw-Hill, 1988.
[6] S. Selberherr, “Analysis and Simulation of Semiconductor Devices, ”Springer-Verlag, New
York, pp. 111-112, 1984.
[7] D. A. Neamen, “Semiconductor Physics and Devices,” New York: McGraw-Hill Companies,
2003.
指導教授 蔡曜聰(Yao-Tsung Tsai) 審核日期 2012-7-10 推文 plurk
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