아주대 반도체공학1 설계과제 매트랩을 이용한 실리콘 기반 pn diode 반도체 문제풀이

소개글

아주대 반도체공학 이기근교수님 A+받은 레포트입니다.
한번도 배포된적 없는 자료입니다.
반도체공학 설계 및 final 레포트입니다.
많은 도움 되시길 바랍니다.

목차

1. Anderson’s problem: 5.6
2. Anderson’s problem: 5.14
3. 주어진 조건을 이용하여 실리콘 기반 pn diode를 설계하려한다.
1) Built-in potential은?
2) At zero voltage, xn, xp, E(x=0)를 구하여라
3) Ideal I-V curve and non-ideal I-V curve를 완성하라 (computer software를 사용하라, 하나의 plot에 두 I-V curve를 overlap하여 서로 비교하라)
4) Ideal I-V curve and non-ideal I-V curve를 완성하라 (computer software를 사용하라, 하나의 plot에 두 I-V curve를 overlap하여 서로 비교하라)
5) Under forward bias, 얻어진 두 I-V curve를 ln (I) vs. VA 로 re-plot하여 비교하라 (computer software를 사용하라, 하나의 plot에 두 I-V curve를 overlap하여 서로 비교하라)
6) Under forward bias, 얻어진 두 I-V curve를 ln (I) vs. VA 로 re-plot하여 비교하라 (computer software를 사용하라, 하나의 plot에 두 I-V curve를 overlap하여 서로 비교하라)
7) 온도를 300 ̊K, 400 ̊K, 500 ̊K 변화 시 예상되는 I-V curve를 한 plot상에 완성하여 비교하라 (computer software를 사용하라, 온도변화시 ni를 제외한 다른 모든 성분은 동일한것으로 가정)
8) 온도를 300 ̊K, 400 ̊K, 500 ̊K 변화 시 예상되는 I-V curve를 한 plot상에 완성하여 비교하라 (computer software를 사용하라, 온도변화시 ni를 제외한 다른 모든 성분은 동일한것으로 가정)

4. Design an abrupt silicon p+n diode that has a reverse breakdown voltage of 120V and has a forward bias current of 2mA at VA=0.65V. (필요한 상수값은 1번 문제 참조)

5. 다음과 같은 silicon epitaxial layer 상에서 p-n junction diode를 설계하려한다. 각 layer의 dopingconcentration은 step junction profile을 지닌다. (주어진 구조는 silicon wafer위에서 일반적으로 만들어지는 pn diode 구조이다)
1) n+, p+ layer의 목적은?
2) p region and n region에서 i) doping concentration(NA, ND)과 ii) device length(L1, L2)를 결정하라(requirements: =100V (Ecr=V/cm), Xp:Xn = 4:6, 200V에서 모든 n and p region이 totallydepleted region이 된다)
3) VA=0V에서 energy band diagram을 그려라 (requirements: p+-p-n-n+임, 주요한 carrier의 흐름을 표시하여라)
4) VA=0V에서 built-in potential의 값을 구하라 (requirement: p+p, pn, nn+ junction에서의 값임, 3개의 built-in potential 존재)
5) Forward bias 인가시 carrier의 흐름을 표시하고 설명하시오 (requirements: energy band diagram과 external circuit을 그리고 external line으로의 carrier의 흐름도 표시하시오)
6) Area A를 결정하라 (requirements: VA=0.65V시 I=2mA; Dp=10cm2/s, Dn=30cm2/s, τn=s, τp=s)
7) Mathematic software tool(Matlab, Mathcad, Maple, MSexcel 등)를 사용하여 설계된 p-n junction diode의 I-VA curve를 완성하시오 (computer를 사용하지 않으면 0점처리)

6. Ideal p+-n junction diode에 low frequency range의 AC를 인가한다. NA=10^19cm-3, ND=5×10^15cm-3,A=10-4cm2, 필요한 기타 상수값은 reference book를 참조하여 적당한 값을 선택하시오)
1) Conductance Go vs. VA를 plot 하라 (computer를 사용하지 않으면 0점처리)
2) Junction capacitance CJ vs. VA를 plot 하라? 1/CJ^2 vs. VA로 re-plot한 뒤 slope과 Vbi를 결정하라 (computer를 사용하지 않으면 0점처리)
3) Diffusion capacitance CD vs. VA를 plot 하라 (computer를 사용하지 않으면 0점처리)
4) 몇 VA에서 CJ and CD 겹치는가?

본문내용

• Under forward bias, 얻어진 두 I-V curve를 ln (I) vs. VA 로 re-plot하여 비교하라 (computer software를 사용하라, 하나의 plot에 두 I-V curve를 overlap하여 서로 비교하라)

ŸMathematic software tool(Matlab, Mathcad, Maple, MSexcel 등)를 사용하여 설계된 p-n junction
diode의 I-VA curve를 완성하시오 (computer를 사용하지 않으면 0점처리)
전류 식으로부터, graph를 예상할 수 있다.

이고, 을, 예상할 수 있다. Negative voltage(-3kT/q)는 로 일정해질 것이고, positive voltage에서는 exp하게 증가할 것을 예상할 수 있다. 이를 MATLAB으로 구현하면 아래와 같다.

• n+, p+ layer의 목적은?
Ohmic contact을 만들어 주기 위해서 이다. Ohmic contact은 metal과 반도체의 결합으로써 쇼트키다이오드와는 다르게 정방향과 역방향에서 모두 전류가 잘 흐르도록 만들어 주는 것이다. 이는 다시 말해 Si반도체 에서는 metal과 n or p region사이에 heavy doping layer를 삽입하여 low-impedance를 가지게 만들어 내는 것이다. 실제적인 Barrier의 높이는 doping concentration과 무관하다. 그러나 heavy doping을

• VA=0V에서 built-in potential의 값을 구하라 (requirement: p+p, pn, nn+ junction에서의 값임, 3개
의 built-in potential 존재)

각각의 junction에서 doping concentration과 E-field에 의해서 built-in potential이 발생한다. 이때 heavy doping값이 프로젝트에서 주어지지 않았다. 따라서

참고 자료

없음