PIN设计报告1.doc

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'.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事戸,川 E 旨 I T P 严 2J I fl 7O P 【 N O图］PIH二极管的结构示意图2.1工艺设计美国双面对准光刻机设备型号匚 ABM 6 350 NU\T/DCCD/BSVKI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）20LLI匚匸匚_ 」LJ匚LIU一 」匚匚匚匸_ 」匚匚匚匚_ 」u匚uu_ -JC匚匚匸_ 」匚匚匚匚_ 」LI匚匸匸二 」匚匚匚匸一 」匚匚匚匚_ 」||4匚匸匸_ 」匚匚匚匚一 」匚匚匚匚_ JILI 匚匚 LI 二 」匚匚匚匚一 」匚匚匚匚二 」匚匚匸Lr_ 」匚匚匚匚_ 」匚匚匚匚二 L匚匚匚匚二 」匚匚|-|匚_ 」匚匸uc_ 匚匚匚匚匚一 」匚匚UI匚一 」IC匚匚匚二 L匚匚匚匚一 」匚匚LI匚一 」IC匸CIC二 匚匚匚匚匚一 」匚匚uc_ 」匚匚匚匚二 匚LJLI_ JIU匚匸匚一 」c匸CC二 」LJ匚ULJ_ Lcccc_ 」匸匚匚匸_・・・F5世：：：：：：：：：：：：：：：：：：・・・・■・〔 ・・・・！■IZI：匚I：匸匚匚（：匚匚匸匚I： C C C C C E C匚D匚匚匚C 匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匸 E C E E C C E C匚匚匸匸E CCCCC匚匚CCC匚 匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚 匚I：匚匚匸匚匚匸匚匚匸匚I： E C C C r E C C C E 匚匚匸 匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匸 匚f匚匚CCCC匸匚匸匚I： 匸匸匚匸匚匚匸匚匚匚匸IE ™ C CCC CEECEEEE匚IEIEC：匚匸匚匚$匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匸匚匚亡亡匚 匚f匚匚亡匚匚f匚匚匸匚匚f匚匚匸匚匚f匚匚匸亡亡匸亡匚i匚亡匚t匚匚CCE 匚匸匚匚匚匚匚12匚匚匚匚匸匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚IL匚匚亡匚匚匚匚匚匚匚 匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匸匚匸匚匚「匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匸匚匚匚匚匚 rrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrr r r r r r二匚caEZCE 匚 CCCCC 匚匚匚匚匚 匚匸匚匸匸 ECEEC 匚匚匚匚匚 EECCE 匚匚「匚匚 匚匚匚匚匚 亡匚匚亡匚版图全貌版图尺寸11um*6.5umL1版为扩硼版版L2版为金属接线孔版L3版为金属接线孔反刻版以上3块版各另需翻制一块，总计6块版・:*:■:・」・・・・・・・』・・・・・■・・・.・・・・・・■・—・/・■・・ ■■■■■ ・・■■■・・ ・・■■・ ・$・・ ■■■■■■-・・・ Qssg诜：>:■:能逋第翌鮫W -・・-・・・・・■■!.■■.X-■■■・■■・・・・\・・・・■■ ■■・-■■・」■■■■>・・■■■■・・L1版为扩硼版版图尺寸11um*6.5um内有7um*4umi勺方块有效面积：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平方微米一匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚厂 EEEE匚匚LJ匚匚14匚匚LJ匚匚尸 』亡匚匚匚匚匚u匚亡匚匚亡匚匚Er -匚匚亡匚匚_匚匚匚一亡匚匚亡匚匚UL 』LI匚匚匚匚匚匚匚匚匚U匚匚匚匚ILECCCCCCCCCECECCr 一匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚IL EErEE LJUE匚 UCIJLJI 匚匚厂 』匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚匚亡匚匚匚I- -ULI匚匚£cc匚亡匚匚dJU匚亡厂 匚EL1匚匚LJ匚匚匚匚匚UU匚广 』cl□匚CLJ匚U匚匚U匚CU匚1JI- -匚匸亡匚匚_匚匚匚亡匚匚亡匚匚UL 』L1匚匚匚匚EEr EEr EE匚亡厂 -匚匚匚匚LI一匚LI匚亡匸匚匚U匚匚厂 -UIE匸CC匚匚ICULJr-t匚匚匸厂 』亡匚匚匚匚匚CCC匚U匚匚匚匚广 -U匚匚CCEC匚匚U匚CU匚UI- £■■■■ ■_■■■■■ ■■■■=■■■■■■■■ ■■=■■」匚匚ULI JILK 匚 LJLJ 」匚匚匸匚 」匚匚匚匚 」u匚UU 」c匚匚匚 」匚匚UU LEEEE- 」匚匚UU JIC匚匚匚 -lunuu 」匚匚匸匚 」lc匸UU 」匚匚匚匚 UCECC 」匸匚匸匚 」匚匚匚匚 JIC匚匸匚 」c匚匸匚 」匚匚ULI LULJULJ 」匚匚匸匚 LCEEE- 」u匚ULI 」u匚匸匚 」匚匚匚匚 」u匚ULI 』匚匚匚匚 」匚匚U匚 」u匚LILI 」匚匚CILH 」匚匚UU 」u匚UU 」匚匚UU 」c匚匚匚 」ufuLJ 」匚匚uiUJit lj 匚 ml- 」亡LJ匸UI- 」匚匚匚匚厂 Ji 匚 EECr 」亡匚匚U厂 -UULUI- 」匸U匚_匚厂 』匸匚匚仁厂 」匚匚匚匚厂 匕 ULI 匚 _!□!. 」匸匚匚亡厂 ^~EECtr 」匚LI匚匚厂 」cc匸C厂 JIUU匚匚L 」匚LI匚匚厂 匕匚匚匚匸厂 J匚匚匚匚厂 」匚|-|匚匚广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:弓I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RRIB 民RH RRI冃 RRO: HnE H尺R RIII& H民F? RRI? 尺善 HRR 尺尺F?1 RRR K民F? RRI?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 266.67V2. 耐压层浓度为1X 10X 13cm-31Ec(Si) =4010ND8 =1.691 105V/cmBWt 二 ECWPqNDpWp2-2 sWp=61um3. 扩散系数：Dn =35cm2/s , Dp =13cm2/s ；^£^=18.96 E2 心Dn Dp4. 设定载流子寿命为1umLa 二 Da HL =43.54um d =30.5um-r.HJifyIMf-5. d/La=0.7005V=0.93Vm = 3 KT exp4qWn2Ln=0.05tan h(d/La)=0.6FLa—anh La_qVmme^KT =0.1571 -0.25ta nh4大注入电流密度随导通压降的公式为代入:Da =18.96cm / s, 5um, Va=0.93V, F2匚=0.157 ；得到Jt2qDani「 dqVFe2KTLa =354.4 A/cm2IP-i-N Rectifier |L1 h 1—\—iSimulations 3000V■4Simulations 1000V ASimulations Various BV ♦7■r■FIAnalytical Model 匸——■「■Jr2,8匕0IMUOS宀”二=■<*■】二亠 “uM=;H=ZU 亠*Normalized Drift Region W idth (d La)6. 导通压降 Von二Vm+Va=0.93+0.05=0.98V7. 设I=1A，可以由S=l/Jt=2.806 丄 工，氧板1um场版4.5um. 设长为长为7.015um,宽4un。

值一电范密度X击穿电压x发射极注入效率8. "门「；：门 =(354.4 X 1466.67 X 0.9 ) /(0.98 X 2.806 「十)得到为1.701 X 10八84.3工艺流程表1. 取一块重掺杂硅片，作为 原始N+底2. 在温度1300C，气流速率 5cm/s条件下处理 80min,生长浓度为1X 10M3cm 的外延层3. 热氧化形成SiO2层、光刻、运用L1版图，采用1000C下进行20分钟的硼扩散，氧版深为1 um。