CN105974295A - 一种基于太赫兹肖特基二极管的电特性来推导物理特性的方法 - Google Patents

Abstract

一种应用于太赫兹器件领域的肖特基二极管的电特性来推导其物理特性的方法。它通过厂家提供的反向击穿电压等参数计算外延层参杂浓度、厚度，获取肖特基结阳极面积，进而根据其外观尺寸建立二极管的三维全波电磁仿真模型，以充分考虑寄生效应的影响。此方法对肖特基势垒二极管的模型建立提供了极大的帮助，并且具有一定的通用性，可以推广到其他形式的半导体器件。

Description

一种基于太赫兹肖特基二极管的电特性来推导物理特性的方法

技术领域

本发明属于太赫兹器件技术领域，具体涉及一种推导方法，该方法可根据肖特基二极管的电参数来推导其物理参数。

背景技术

太赫兹波一般频率覆盖0.1THz～10THz，是电磁波中唯一尚未完全开发利用的频谱资源，其长、短波段分别与微波毫米波、红外线重合，兼具微波毫米波和光波的部分优点，在宽带通信、精确制导、物体成像、环境监测及医疗诊断等领域应用前景广阔。掌握太赫兹尖端技术对我国国防建设和民用事业具有十分重要的意义。太赫兹混频器作为太赫兹收发前端的核心器件，广泛应用于太赫兹通信、雷达等近乎所有的太赫兹应用系统，是太赫兹技术的关键研究方向之一。

肖特基二极管是太赫兹技术领域内十分常用的一种半导体器件，它具有截止频率高，可靠性好，适合于工作于室温等等有点，故广泛的应用于倍频、混频和检波等等电路系统中。在频带上升到太赫兹频段时，其寄生参数的影响已经不能再忽略，必须予以充分考虑。三维全波电磁分析法是一种很好的分析寄生效应的方法，然而这种方法需要明确知道二极管的物理特性。现在市面上有很多种商业二极管，但很多厂商并不提供相关的物理参数，而只提供其电参数，这便大大的限制了二极管的应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的上述问题，提供一种简洁快速的可以从肖特基二极管的电特性来推导其物理特性的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案，通过以下几个步骤来获得二极管的物理特性。

(1).获取外延层的参杂浓度

反向击穿电压V_br是二极管重要的电特性参数，厂家一般都会提供，其主要由外延层的参杂浓度N_d决定，因此可以通过反向击穿电压计算外延层掺杂浓度，见下式：

V_br＝2.9+1.4×10¹⁴×N_d ^-0.77 (1)

(2).获取外延层的厚度

为了减小串联电阻，外延层厚度一般要求尽可能薄，但是为防止击穿，所以要稍大于耗尽层厚度，因此外延层厚度t_epi可取为最大耗尽层厚度w(V_br)，见下式：

$t_{epi}=w\left(V_{br}\right)={\[\frac{2{\mathrm{\ϵ}}_s(V_{bi}-V_{br})}{{\mathrm{qN}}_d}\]}^{\frac{1}{2}}---\left(2\right)$

其中，q为电子电量，是常数；ε_s为半导体的介电常数，厂家一般都会注明二极管是基于哪种材料的，所以也是已知量；V_bi为肖特基结的内建电场，可以通过厂商提供的IV曲线才提出；N_d为外延层参杂浓度，已经在第一步中获得。

(3).获取肖特基结阳极面积

零偏结电容C_j0作为二极管重要的电特性参数，厂商一般都会提供，其主要由阳极面积A_a决定，所以阳极面积A_a可以通过下式得到：

$C_{j0}=A_a\×\sqrt{\frac{q\·N_d\·{\mathrm{\ϵ}}_s}{2\·V_{bi}}}---\left(3\right)$

如在第二步中所述，上式中除了A_a都为已知量。

以M/A-COM公司的商用肖特基二极管MA4E2038为例，主要的电特性参数和根据所提出的方法计算得到的物理特性参数如表1所示。

表1 MA4E2038主要电特性参数及根据所提出方法所计算得到的物理特性参数

进一步地，根据肖特基二极管的电子显微镜照片可以得到外观的几何尺寸，结合本方法推出的物理参数，可以建立二极管的三维全波电磁仿真模型，以充分考虑寄生效应的影响，以M/A-COM公司的商用肖特基二极管MA4E2038为例，可以建立二极管的三维电磁全波仿真模型如图1所示。

进一步地，可编写相关程序，输入相应的已知变量，直接输出二极管的三维全波电磁仿真模型。

进一步的，该方法可进行类比，推广到其他形式的半导体器件。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明的方法，可以根据肖特基二极管的电特性参数推导出其物理特性参数，对肖特基势垒二极管的模型建立提供了极大的帮助；

(2)本发明的方法具有简介，快速等优点，使用方便；

(3)本发明具有一定的通用性，可以进行类比推广到其他形式的半导体器件。

附图说明

图1为应用本发明所得到的M/A-COM公司的商用肖特基二极管MA4E2038的三维全波电磁仿真模型。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附公式、附表、附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明是一种简洁快速的可以从肖特基二极管的电特性来推导其物理特性的方法。电特性参数一般来说厂商提供的有反向击穿电压V_br、零偏结电容C_j0和串联电阻R_s。我们所关心的物理特性参数一般是：外延层的参杂浓度N_d、厚度t_epi和阳极面积A_a。因为这三个参数在进行三维全波电磁仿真模型建立时是需要的。

为了得到外延层的参杂浓度，本发明利用了式1，通过V_br来得到N_d；

为了得到外延层的厚度，本发明利用了式2，式中其中除t_epi外均为已知量或者可由常数提供的电参数得到；

为了得到阳极面积，本发明利用了式3，式中其中除A_a外均为已知量或者可由常数提供的电参数得到；

至此，得到了物理特性参数：外延层的参杂浓度N_d、厚度t_epi和阳极面积A_a。以M/A-COM公司的商用肖特基二极管MA4E2038为例，利用本方法的方法，得到的物理特性参数及厂家提供的电参数总结如表1所示。

进一步的，根据根据肖特基二极管的电子显微镜照片可以得到外观的几何尺寸，结合本方法推出的物理参数，可以建立二极管的三维全波电磁仿真模型，以充分考虑寄生效应的影响，同样以M/A-COM公司的商用肖特基二极管MA4E2038为例，得到的三维全波电磁仿真模型如图1所示。

实际应用本发明方法时，可以编写相关软件程序，快速得到相关的物理特性参数。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种简洁快速的基于肖特基二极管的电特性来推导物理特性的方法，其特征在于：电特性指的是厂商通常会提供的电参数，如反向击穿电压、I-V特性曲线和零偏结电容等等；本发明所推导的物理特性指的是二极管的外延层参杂浓度、外延层厚度和阳极面积等等；根据式(1)可以从反向击穿电压推出外延层浓度，根据式(2)可以从I-V特性曲线和反向击穿电压等推出外延层厚度，根据式(3)可以从零偏结电容推出阳极面积，三个式中都利用了一些材料的常数，都可由标准手册中查询到；本方法具有快速、简洁的特点，以M/A-COM公司的商用肖特基二极管MA4E2038为例，利用本方法的方法，得到的物理特性参数及厂家提供的电参数总结如表1所示。

2.根据权利要求1所述的一种简洁快速的基于肖特基二极管的电特性来推导物理特性的方法，其特征在于：根据显微镜得到的外观几何尺寸从而建立完整的肖特基全波电磁仿真模型，如图1所示(以M/A-COM公司的商用肖特基二极管MA4E2038为例)。

3.根据权利要求1或2所述的一种简洁快速的基于肖特基二极管的电特性来推导物理特性的方法，其特征在于：可以编写相关软件程序，从而快速得到相关的物理特性参数。