一種基于太赫茲肖特基二極管的電特性來推導(dǎo)物理特性的方法
【專利摘要】一種應(yīng)用于太赫茲器件領(lǐng)域的肖特基二極管的電特性來推導(dǎo)其物理特性的方法。它通過廠家提供的反向擊穿電壓等參數(shù)計(jì)算外延層參雜濃度、厚度，獲取肖特基結(jié)陽極面積，進(jìn)而根據(jù)其外觀尺寸建立二極管的三維全波電磁仿真模型，以充分考慮寄生效應(yīng)的影響。此方法對肖特基勢壘二極管的模型建立提供了極大的幫助，并且具有一定的通用性，可以推廣到其他形式的半導(dǎo)體器件。
【專利說明】
一種基于太赫茲肖特基二極管的電特性來推導(dǎo)物理特性的 方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于太赫茲器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種推導(dǎo)方法，該方法可根據(jù)肖特基 二極管的電參數(shù)來推導(dǎo)其物理參數(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 太赫茲波一般頻率覆蓋0.1 THz~ΙΟΤΗζ，是電磁波中唯一尚未完全開發(fā)利用的頻 譜資源，其長、短波段分別與微波毫米波、紅外線重合，兼具微波毫米波和光波的部分優(yōu)點(diǎn)， 在寬帶通信、精確制導(dǎo)、物體成像、環(huán)境監(jiān)測及醫(yī)療診斷等領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。掌握太赫茲 尖端技術(shù)對我國國防建設(shè)和民用事業(yè)具有十分重要的意義。太赫茲混頻器作為太赫茲收發(fā) 前端的核心器件，廣泛應(yīng)用于太赫茲通信、雷達(dá)等近乎所有的太赫茲應(yīng)用系統(tǒng)，是太赫茲技 術(shù)的關(guān)鍵研究方向之一。
[0003] 肖特基二極管是太赫茲技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)十分常用的一種半導(dǎo)體器件，它具有截止頻率 高，可靠性好，適合于工作于室溫等等有點(diǎn)，故廣泛的應(yīng)用于倍頻、混頻和檢波等等電路系 統(tǒng)中。在頻帶上升到太赫茲頻段時，其寄生參數(shù)的影響已經(jīng)不能再忽略，必須予以充分考 慮。三維全波電磁分析法是一種很好的分析寄生效應(yīng)的方法，然而這種方法需要明確知道 二極管的物理特性?，F(xiàn)在市面上有很多種商業(yè)二極管，但很多廠商并不提供相關(guān)的物理參 數(shù)，而只提供其電參數(shù)，這便大大的限制了二極管的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，提供一種簡潔快速的可以從肖特 基二極管的電特性來推導(dǎo)其物理特性的方法。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案，通過以下幾個步驟來獲得二極 管的物理特性。
[0006] (1).獲取外延層的參雜濃度
[0007] 反向擊穿電壓Vbr是二極管重要的電特性參數(shù)，廠家一般都會提供，其主要由外延 層的參雜濃度Nd決定，因此可以通過反向擊穿電壓計(jì)算外延層摻雜濃度，見下式：
[0008] Vbr = 2.9+1.4X1014XNd-0.77 (1)
[0009] (2).獲取外延層的厚度
[0010]為了減小串聯(lián)電阻，外延層厚度一般要求盡可能薄，但是為防止擊穿，所以要稍大 于耗盡層厚度，因此外延層厚度tepi可取為最大耗盡層厚度W(Vbr)，見下式：
[0011]
(2)
[0012]其中，q為電子電量，是常數(shù)；es為半導(dǎo)體的介電常數(shù)，廠家一般都會注明二極管是 基于哪種材料的，所以也是已知量;Vbl為肖特基結(jié)的內(nèi)建電場，可以通過廠商提供的IV曲線 才提出;Nd為外延層參雜濃度，已經(jīng)在第一步中獲得。
[0013 ] (3) ·獲取肖特基結(jié)陽極面積
[0014] 零偏結(jié)電容C#作為二極管重要的電特性參數(shù)，廠商一般都會提供，其主要由陽極 面積Aa決定，所以陽極面積六 3可以通過下式得到：
[0015] (3)
[0016] 如在第二步中所述，上式中除了 Aa都為已知量。
[0017]以M/A-C0M公司的商用肖特基二極管MA4E2038為例，主要的電特性參數(shù)和根據(jù)所 提出的方法計(jì)算得到的物理特性參數(shù)如表1所示。
[0018] 表1 MA4E2038主要電特性參數(shù)及根據(jù)所提出方法所計(jì)算得到的物理特性參數(shù)
[0019]
[0020]進(jìn)一步地，根據(jù)肖特基二極管的電子顯微鏡照片可以得到外觀的幾何尺寸，結(jié)合 本方法推出的物理參數(shù)，可以建立二極管的三維全波電磁仿真模型，以充分考慮寄生效應(yīng) 的影響，以M/A-C0M公司的商用肖特基二極管MA4E2038為例，可以建立二極管的三維電磁全 波仿真模型如圖1所示。
[0021] 進(jìn)一步地，可編寫相關(guān)程序，輸入相應(yīng)的已知變量，直接輸出二極管的三維全波電 磁仿真模型。
[0022] 進(jìn)一步的，該方法可進(jìn)行類比，推廣到其他形式的半導(dǎo)體器件。
[0023] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0024] (1)本發(fā)明的方法，可以根據(jù)肖特基二極管的電特性參數(shù)推導(dǎo)出其物理特性參數(shù)， 對肖特基勢皇二極管的模型建立提供了極大的幫助；
[0025] (2)本發(fā)明的方法具有簡介，快速等優(yōu)點(diǎn)，使用方便；
[0026] (3)本發(fā)明具有一定的通用性，可以進(jìn)行類比推廣到其他形式的半導(dǎo)體器件。
【附圖說明】
[0027]圖1為應(yīng)用本發(fā)明所得到的M/A-C0M公司的商用肖特基二極管MA4E2038的三維全 波電磁仿真模型。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附公式、附表、附 圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解 釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0029] 本發(fā)明是一種簡潔快速的可以從肖特基二極管的電特性來推導(dǎo)其物理特性的方 法。電特性參數(shù)一般來說廠商提供的有反向擊穿電壓V br、零偏結(jié)電容C#和串聯(lián)電阻Rs。我們 所關(guān)心的物理特性參數(shù)一般是:外延層的參雜濃度Nd、厚度t epi和陽極面積Aa。因?yàn)檫@三個參 數(shù)在進(jìn)行三維全波電磁仿真模型建立時是需要的。
[0030] 為了得到外延層的參雜濃度，本發(fā)明利用了式1，通過Vbr來得到Nd;
[0031] 為了得到外延層的厚度，本發(fā)明利用了式2,式中其中除tepi外均為已知量或者可 由常數(shù)提供的電參數(shù)得到；
[0032] 為了得到陽極面積，本發(fā)明利用了式3,式中其中除Aa外均為已知量或者可由常數(shù) 提供的電參數(shù)得到；
[0033] 至此，得到了物理特性參數(shù):外延層的參雜濃度Nd、厚度tepi和陽極面積Aa。以M/A-C0M公司的商用肖特基二極管MA4E2038為例，利用本方法的方法，得到的物理特性參數(shù)及廠 家提供的電參數(shù)總結(jié)如表1所示。
[0034]進(jìn)一步的，根據(jù)根據(jù)肖特基二極管的電子顯微鏡照片可以得到外觀的幾何尺寸， 結(jié)合本方法推出的物理參數(shù)，可以建立二極管的三維全波電磁仿真模型，以充分考慮寄生 效應(yīng)的影響，同樣以M/A-C0M公司的商用肖特基二極管MA4E2038為例，得到的三維全波電磁 仿真模型如圖1所示。
[0035]實(shí)際應(yīng)用本發(fā)明方法時，可以編寫相關(guān)軟件程序，快速得到相關(guān)的物理特性參數(shù)。 [0036]本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會意識到，這里所述的實(shí)施例是為了幫助讀者理解本發(fā) 明的原理，應(yīng)被理解為本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于這樣的特別陳述和實(shí)施例。本領(lǐng)域的 普通技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明公開的這些技術(shù)啟示做出各種不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)的其它各 種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種簡潔快速的基于肖特基二極管的電特性來推導(dǎo)物理特性的方法，其特征在于： 電特性指的是廠商通常會提供的電參數(shù)，如反向擊穿電壓、I-V特性曲線和零偏結(jié)電容等 等;本發(fā)明所推導(dǎo)的物理特性指的是二極管的外延層參雜濃度、外延層厚度和陽極面積等 等;根據(jù)式（1)可以從反向擊穿電壓推出外延層濃度，根據(jù)式⑵可以從I-V特性曲線和反向 擊穿電壓等推出外延層厚度，根據(jù)式(3)可以從零偏結(jié)電容推出陽極面積，三個式中都利用 了一些材料的常數(shù)，都可由標(biāo)準(zhǔn)手冊中查詢到;本方法具有快速、簡潔的特點(diǎn)，以M/A-COM公 司的商用肖特基二極管MA4E2038為例，利用本方法的方法，得到的物理特性參數(shù)及廠家提 供的電參數(shù)總結(jié)如表1所示。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種簡潔快速的基于肖特基二極管的電特性來推導(dǎo)物理特性 的方法，其特征在于:根據(jù)顯微鏡得到的外觀幾何尺寸從而建立完整的肖特基全波電磁仿 真模型，如圖1所示（以M/A-COM公司的商用肖特基二極管MA4E2038為例）。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種簡潔快速的基于肖特基二極管的電特性來推導(dǎo)物理 特性的方法，其特征在于:可以編寫相關(guān)軟件程序，從而快速得到相關(guān)的物理特性參數(shù)。
【文檔編號】G01R31/26GK105974295SQ201610533765
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年7月7日
【發(fā)明人】張勇, 任田昊, 徐銳敏, 延波, 趙偉, 趙孟娟
【申請人】電子科技大學(xué)