Аннотация
ВВЕДЕНИЕ 6
1 Физико-химические свойстваp-i-n-структур на основе алмаза 7
1.1 Синтез алмаза методом температурного градиента в условиях HPHT. 7
1.2 Газохимическое осаждение алмаза (ГХО) 8
1.3 Замещающий бор в алмазе 9
1.4 Замещающий азот в алмазе 9
1.5 Замещающий фосфор в алмазе 10
1.6 Вольт-амперная характеристика p-i-n-диода 10
1.7 Выводы по главе 1. Постановка задачи 12
2. Методика моделирования 14
2.1. Основы работы в TCAD Sentaurus (Technology Computer Aided Design) 14
3. Результаты моделирования 17
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 25
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 26
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 29
Хорошо известно, что синтетический алмаз является наиболее перспективным материалом среди других широкозонных полупроводников для мощных и высокотемпературных приборов благодаря превосходным свойствам материала [1-4].
Разработка алмазных диодов, работающих при больших напряжениях, и диодов с высокой плотностью прямого тока длилась много лет, но в настоящее время созданы либо диоды, работающие при больших напряжениях [5-7], либо диоды с высокой плотностью прямого тока [8-11] и лишь очень малая часть диодов демонстрирует как высокое напряжение, так и высокий прямой ток [12,13]. Совокупность этих функциональных характеристик является наиболее важной для широкого практического применения в высокочастотной и импульсной высоковольтной силовой выпрямительной электронике [3,6].
Невзирая на то, что в алмазной электронике наблюдается значительный прогресс, полупроводниковые устройства на основе алмаза всё ещё не используются в силовой электронике ввиду относительно низких значений прямого тока.
По этой причине актуальной задачей является экспериментальное и теоретическое изучение влияния областей диодной структуры на основе алмаза на её электрические и оптические характеристики.
Целью выпускной квалификационной работы является моделирование вольт-амперных характеристик p-i-n-диода на основе алмаза, в частности - изучение влияния легирования на процесс инжекции носителей в высокоомную i-область диода.
В настоящем отчёте проводится анализ литературных данных об электрических и оптических характеристиках структур на основе алмаза и влияния на них легирования. Описана методика проведения расчётов в системе автоматизированного проектирования TCAD Synopsys. Представлены результаты расчётов и их анализ.
В процессе выполнения ВКР были изучены литературные данные по свойствам синтетических алмазов и способах их получения. Освоена методика моделирования полупроводниковых приборов и их характеристик в САПР TCAD Synopsys. Проведено моделирование вольт-амперных характеристик p-z-структуры с барьером Шоттки на основе алмаза и исследование влияния различных параметров областей на характеристики структуры. Приведено сравнение с вольт-амперной характеристикой p-z-n-диода Результаты расчётов позволяют сделать следующие выводы:
1. Наибольшее влияние на вид вольт-амперной характеристики и величину прямого тока оказывают высота барьера на контакте к z-области, энергии ионизации примесей и уровень легирования p-области.
2. Изменение высоты барьера по-разному влияет на величину прямого тока при больших и малых значениях напряжения, что позволяет предположить о разных механизмах протекания тока через барьерный контакт.
3. Увеличение толщины z-области увеличивает падение напряжения на ней и уменьшает прямой ток.
4. Увеличение уровня легирования p-области увеличивает проводимость структуры и величину прямого тока.
5. Повышение температуры приводит к увеличению концентрации дырок и эмиссии электронов из металла в алмаз.
