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微波PIN二级管的设计与制备工艺研究

作　者: 江利
导　师: 王建华
学　校: 合肥工业大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 键合工艺 PIN二极管 模型 MEDICI 模拟研究
分类号: TN31
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 294次
引　用: 2次
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内容摘要


随着雷达、微波通信、卫星通信以及微波测量技术方面的发展,微波控制电路的应用日益广泛,且越来越多地受到人们的重视。微波控制电路的各种控制功能是通过控制元件来实现的。由于PIN管具有可控功率大、损耗小以及开关速度快等特性,广泛应用于调制器,移相器,限幅器及微波开关等微波控制电路中。本文主要工作是对微波PIN二极管的设计研究和关键工艺研究。 本文综述了PIN二极管的基本工作原理,管子的主要参数和微波特性,以及PIN二极管的主要应用。国内外制备PIN二极管主要采用离子注入方法,扩散方法,外延方法。但就制备高反向击穿电压的微波PIN二极管而言,这些工艺已不能满足要求。利用硅/硅键合,可代替传统的深扩散和厚外延工艺,以实现高的击穿电压。由于键合经历的高温时间短,温度相对低,与厚外延相比,材料性能保持得较好,器件性能可以得到提高。用集成电路工艺模拟软件Tsuprem4模拟了外延工艺的杂质分布,并且和键合工艺的杂质分布进行了比较。比较结果表明:键合工艺更适合制备高反压器件。在研究硅片表面平整度对键合的影响过程中,通过工艺试验得出下面的结论,平整度最大值超过40um,平均值超过20um,则用该硅片键合时,键合质量不合格。 文中分析了半导体器件模拟基础理论,半导体器件模型以及MEDICI工具,同时建立了键合PIN二极管的反向模型,并用MEDICI软件对键合工艺制备的微波PIN二极管进行了设计和模拟。对PIN二极管的Ⅰ区厚度,串联电阻,杂质分布,面积分别进行了计算和模拟。计算结果和模拟结果表明对于反向击穿电压大于20007的PIN二极管,Ⅰ区厚度取200um,杂质浓度取4×1012/cm-2,可以满足设计要求。

全文目录


第一章 绪论  13-20
  1.1 PIN二极管——PN结的发展  13
  1.2 PIN二极管的概况  13-15
    1.2.1 PIN二极管的定义  13-14
    1.2.2 PIN二极管的重要意义  14-15
  1.3 PIN二极管的应用  15-18
    1.3.1 PIN二极管开关和移相器  15-17
    1.3.2 PIN二极管脉冲发生器  17-18
    1.3.3 PIN二极管倍频器  18
  1.4 本论文研究的内容  18-20
第二章 PIN二极管的基本原理  20-37
  2.1 PIN二极管基本工作原理  20-24
    2.1.1 PIN二极管的基本结构  20-21
    2.1.2 直流电压作用下的工作状况  21-22
    2.1.3 交流电压作用下的工作状况  22-23
    2.1.4 交直流电压作用下的工作状况  23-24
  2.2 PIN二极管的主要参数  24-33
    2.2.1 在零偏压或反向偏压下的阻抗  24-27
    2.2.2 在正向偏压下的阻抗  27-32
    2.2.3 开关时间  32-33
    2.2.4 击穿电压  33
  2.3 PIN二极管的微波特性  33-37
第三章 制备微波PIN二极管的几种工艺比较与分析  37-47
  3.1 制备微波PIN二极管的几种工艺方法  37-42
    3.1.1 离子注入法  37
    3.1.2 扩散法  37-39
    3.1.3 外延法  39
    3.1.4 键合法  39-41
    3.1.5 外延与键合比较  41-42
  3.2 键合界面和外延界面的杂质分布比较  42-47
    3.2.1 Tsuprem4模拟的过程  42-43
    3.2.2 结果与讨论  43-47
第四章 键合工艺的关键因素  47-56
  4.1 键合工艺的相关因素  47-49
    4.1.1 硅直接键合工艺  47
    4.1.2 硅直接键合机制  47-48
    4.1.3 与硅直接键合工艺相关的因素  48-49
  4.2 表面平整度和粗糙度对键合的影响  49-56
第五章 器件模拟及MEDICI  56-63
  5.1 半导体器件模拟  56-59
    5.1.1 MEDICI软件的模拟过程  56-57
    5.1.2 器件模拟的基本方程及离散化求解  57-58
    5.1.3 器件模拟的边界条件  58-59
  5.2 器件模拟的物理模型  59-63
第六章 PIN二极管的设计与制备  63-74
  6.1 键合PIN二极管的反向模型  63-68
    6.1.1 键合模型  63-64
    6.1.2 PIN二极管反向模型的建立和计算  64-67
    6.1.3 计算验证和分析  67-68
  6.2 PIN二极管的设计  68-74
    6.2.1 器件参数设计  68-73
    6.2.2 PIN二极管的制备工艺  73-74
第七章 结束语  74-75
参考文献：  75-78
附录一 攻读硕士期间发表的论文  78-79

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 半导体技术 > 半导体二极管
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