PIN设计报告

PIN二极管设计报告姓名：学号：班级：中国计量大学2016年3月8号一．器件工作原理..............................3二.器件设计......................................42.1工艺设计..................................42.2版图设计.................................5三．器件版图....................................63.1版图说明（图+数据+说明）.........63.2制版说明.................................8四．器件工艺....................................94.1工艺流程图...............................94.2工艺计算.................................114.3工艺流程表.............................13五.器件性能计算...............................14六．总结与体会................................14一．器件工作原理一般的二极管是由N型杂质掺杂的半导体材料和P型杂质掺杂的半导体材料直接构成形成PN结。而PIN二极管是在P型半导体材料和N型半导体材料之间加一薄层低掺杂的本征(Intrinsic)半导体层。PIN二极管的结构图如图1所示，因为本征半导体近似于介质，这就相当于增大了P-N结结电容两个电极之间的距离，使结电容变得很小。其次，P型半导体和N型半导体中耗尽层的宽度是随反向电压增加而加宽的，随着反偏压的增大，结电容也要变得很小。由于I层的存在，而P区一般做得很薄，入射光子只能在I层内被吸收，而反向偏压主要集中在I区，形成高电场区，I区的光生载流子在强电场作用下加速运动，所以载流子渡越时间常量减小，从而改善了光电二极管的频率响应。同时I层的引入加大了耗尽区，展宽了光电转换的有效工作区域，从而使灵敏度得以提高二.器件设计2.1工艺设计掺杂工艺：1.扩散。替位式扩散，间隙式扩散2.离子注入：用能量为100keV量级的离子束入射到材料中去，离子束与材料中的原子或分子将发生一系列物理的和化学的相互作用，入射离子逐渐损失能量，最后停留在材料中，并引起材料表面成分、结构和性能发生变化，从而优化材料表面性能，或获得某些新的优异性能。氧化工艺：制备二氧化硅层，热氧化制备2.2版图设计制作PIN二极管，先由N+衬底，在外延出N-区，后由光刻进行制作，利用正胶光刻，版图有色部分进行曝光。三．器件版图3.1版图说明（图+数据+说明）版图全貌版图尺寸11um*6.5umL1版为扩硼版版L2版为金属接线孔版L3版为金属接线孔反刻版以上3块版各另需翻制一块，总计6块版L1版为扩硼版版图尺寸11um*6.5um内有7um*4um的方块有效面积：28平方微米L2版为引线孔版版图尺寸11um*6.5um（由1个2um*1um的方块组成）有效面积2平方微米L3版为接线孔反刻版版图尺寸11um*6.5um（由版图一挖去3.5um*2um的方块组成）有效面积21平方微米3.2制版说明版图总尺寸为11um*6.5um，接触点采用铜铝合金，节深2um，以N型硅为衬底，使用L1版进行扩硼，用L2.3.分别刻出接线孔和反刻接线板。L1:L1-CXY-20160311：扩硼版。采用正胶，有色区域的玻璃板有光透过L2:L2-CXY-20160311：金属接线孔版。采用正胶，有色的区域有光透过。L3:L3-CXY-20160311：引线孔版反刻板。用正胶，有色的区域有光透过。制版日期：20**年**月**日四．器件工艺4.1工艺流程图1.取一块重掺杂硅片，作为原始N+底2.在其上外延一层N-型硅3、氧化得到二氧化硅层，光刻，运用版图1的进行硼的扩散孔.4.氧化得到二氧化硅层，运用相应版图，光刻，镀上铝铜合金；反刻得到金属电极4.2工艺计算1.设计静态额定击穿电压1200V，考虑安全系数后指标定为1466.67V氧板1um场版4.5um电压1200V假设余量为10%，场终端效率90%，则V=1200*（1.1）/0.9=1466V≈1500V；电压266.67V1.2.耐压层浓度为1×10×13cm-318()4010CDESiN=51.69110/Vcm22DPpPTCPsqNWBVEWWp=61um3.扩散系数：scmDn/352，scmDp/132；2npanpDDDDD=18.962/cms4.设定载流子寿命为1um。aHLLaD=43.54umd=30.5um5.d/La=0.7005V=0.93nnmLWqKTV2exp43=0.05tanh(d/La)=0.6KTqVaaaameLdLdLdLdF2m4tanh25.01tanh=0.157大注入电流密度随导通压降的公式为代入：aD=scm/96.182，d=2nW=30.5um，Va=0.93V，aLdF=0.157；得到KTqVaiaTeLdFdnqDJ2F2=354.42/cmA6.导通压降Von=Vm+Va=0.93+0.05=0.98V7.设I=1A，可以由S=I/Jt=2.806，氧板1um场版4.5um.设长为长为7.015um，宽4um。8.=（354.4×1466.67×0.9）/（0.98×2.806）得到为1.701×10^84.3工艺流程表1.取一块重掺杂硅片，作为原始N+底2.在温度1300℃，气流速率5cm/s条件下处理80min，生长浓度为1×10^13cm的外延层3.热氧化形成SiO2层、光刻、运用L1版图，采用1000℃下进行20分钟的硼扩散，氧版深为1μm，4.氧化得到二氧化硅层，运用版图2和3，光刻，镀上铝铜合金；反刻得到金属电极5.利用光刻背面多层金属6.进行封装注意：全程都使用正胶光刻只是光照的范围不同五.器件性能计算击穿电压1466.67V导通压降Von=0.98V电流密度354.42/cmA发射极注入效率0.9面积7.015um*4um六．总结与体会这次设计的是PIN二极管，相对于上次的IC电阻，这次的设计难了很多，有大量的计算，很多公式都不清楚，完全是摸着石头过河，不懂，单页通过这个设计学到了很多的东西，不会的要自己学，问同学。二极管的击穿电压，电流，面积大小统统都需要自己通过大量的计算得知，不计算怎么能称为理工呢。无论设计任何东西，基础都是最重要的，需要严谨的计算，思维的清晰，不能有马虎的概念。这些都是最基础的半导体器件，要学的，要做的还有很多很多，东西是做不完的，在半导体上还有很多要去了解。