Mozz TCAD丨Si PIN二极管仿真

Si PIN二极管仿真PIN工作原理我们之前已经对常见的功率器件进行了介绍以及仿真实现。本文对这些功率器件几乎都包含的结构PIN进行介绍与仿真。在普通 PN 结之间加入一层轻掺杂或本征半导体漂移区就构成了 PIN 结构P–I–N。这层 I 区虽然掺杂极低但在功率器件中价值极大几乎所有“高压”能力都依靠 I 区提供的宽耗尽区。i:intrinsic本征提高耐压耗尽层主要扩展到 I 区降低正向压降电导调制效应降低反向漏电电导调制效应正偏且电流较小时二极管电阻主要是作为基片的低掺杂N-区的欧姆电阻其阻值较高且为常量P区接正压P区的空穴就会注入到中间区。为了维持半导体电中性条件n区电子会注入到中间区二者的浓度远大于中间区掺杂浓度中间区的电导率急剧增加。使得PIN在正向电流较大时压降并不会线性上升表现为低阻态。电导调制效应只与中间区的厚度和非平衡载流子寿命相关与其掺杂几乎无关。PIN物理模型基本仿真框架基本仿真框架漂移扩散模型、连续性模型、泊松方程考虑非理想效应需要适当调整载流子注入、复合、迁移等模型载流子寿命、注入、复合、迁移等模型会影响PIN二极管的动态特性公式 1 漂移扩散电流方程公式 2 连续性方程公式 3 Poisson方程仿真BV特性碰撞电离模型器件击穿通常指的是器件在强电场下失去阻断能力电流急剧增加的现象而碰撞电离即是载流子在强电场中获得足够能量后与晶格原子碰撞产生新的电子-空穴对的过程其物理本质源于载流子生成率与复合率的动态平衡破坏。以雪崩击穿为例当电场强度大于耗尽区临界值时高能载流子被加速进而与晶格碰撞产生二次电子-空穴对新载流子同样被电场加速并引发更多的电离事件形成雪崩倍增。电离率随着电场强度指数增长导致载流子浓度n满足雪崩条件公式 4 载流子在高电场作用下通过碰撞电离产生电子空穴对。即通过载流子生成模型来描述击穿特性。公式 5 Mozz默认通过VanOverstraeten模型来计算碰撞电离模型中的电离系数αPIN器件结构PIN性能仿真通过Mozz-mdevice模块完成器件的基本状态分析。结合碰撞电离模型对器件BV特性进行分析并且通过保存器件仿真状态来观察器件内部电场分布正向偏置时器件具有典型的 PN 导通行为I 层在正偏时被注入载流子填充导通电阻显著降低反向偏置时pn结势垒升高空间电荷区展宽主要向低掺杂区的n基区展宽用以承受较高的反向电压此时器件内仅存在极小的漏电流当反向电压逐渐增大时直至大于pn结雪崩电压时此时结的空间电荷区发生击穿表现为漏电流急剧增大二极管不再具有反向截止的作用。PIN Qrr 仿真Qrr (Reverse Recovery Charge, 反向恢复电荷)是功率器件如二极管、IGBT、MOSFET body diode在关断过程中由于结区电荷存储和载流子复合造成的反向电流积分量。当器件从正向导通切换到反向阻断时结区和漂移区内积累的少数载流子必须被移除。这段移除电荷的过程会产生一个反向恢复电流。Qrr的功率损耗在开关器件中Qrr 会造成开关损耗增加特别是在高频工作条件下。MOSFET的反向恢复电荷主要来自其体二极管Qrr 大小决定了反向恢复损耗。相关课程【提前开售】基于国产Mozz TCAD的半导体器件建模仿真与分析教程往期课程半导体器件建模、仿真与分析教程(基于sentaurus TCAD)《半导体器件SPICE模型建模提参与定制开发教程》正式开课DeepSeek赋能集成电路EDA(TCAD)的实操技术教程【淘宝】点击链接购买基于Silvaco TCAD的半导体器件建模仿真与分析教程【淘宝】SPICE模型建模提参与定制开发教程【淘宝】构建EDA全链工具的Agent实战课程【淘宝】基于国产Mozz TCAD的半导体器件建模仿真与分析教程欢迎加Q技术交流群 236678528懒小木丨Mozz TCAD交流群、 8719137751群3000人已经满了2群973292092 名称 懒小木Sentaurus TCAD交流群有希望有需要学习器件建模TCAD、SPICE的学生、学者或者朋友可以关注“半导体器件”公众号和知乎“懒小木”有系统的课程、专业的答疑累计服务行业内4万余人。