Расчет полупроводниковых приборов с помощью пакета программ MicroTec

, где

e - заряд электрона, равный Кл.

n - концентрация электронов, равная см^-3.

V_x - скорость носителей, в ОПЗ максимальная скорость электронов

равна 10⁷ см/с.

Отсюда

А/см²

Плотность тока при y = 4.213 мкм равна 3360.6 А/см². Примерное соответствие плотности электронного тока в области ОПЗ, полученное на основе аналитических формул, данным, полученным в ходе моделирования, еще раз подтверждает физическую состоятельность результатов работы MicroTec.

Второй момент связан с расхождением во мнении разных авторов относительного того, перекрывает ли ОПЗ канал полевого транзистора с управляющим p-n переходом целиком или же некий тонкий участок (шнурок) остается не перекрытым. Причем в теории, описывающей полевой транзистор с изолированным затвором, все авторы единодушно сходятся во мнении, что ОПЗ полностью перекрывает канал. С целью проверки был смоделирован полевой транзистор с управляющим p-n переходом.

2.5 Методика расчета полупроводникового прибора с помощью пакета MicroTec

На первом этапе проектирования прибора необходимо четко представлять технологический цикл изготовления и влияние каждого из параметров на структуру формируемого элемента. Следует обратить внимание на то, что существует возможность создания только планарных структур. При создании симметричного прибора или прибора состоящего их множества одинаковых ячеек, следует выделить ту часть, которая повторяется, и произвести ее расчет. Позже, после окончания моделирования, можно будет получить необходимые значения величин путем масштабирования (последовательность одинаковых элементов следует рассматривать как параллельно подключенные - токи складываются, напряжения одинаковы и т.д.). Такое разбиение позволит получить приемлемую точность без существенного увеличения времени расчета. В случае необходимости использования двух диффузий (например, для создания базы и эмиттера) нужно сформировать требуемые области при помощи двух проектов SiDif (так как в одном проекте можно использовать только один процесс диффузии). Затем для создания полной структуры и получения численных данных легирования, как и в любом другом проекте, следует использовать MergIC. Полученный результат необходимо проконтролировать на правильное расположение областей. После этого можно переходить к моделированию параметров и характеристик прибора в программе SemSim. При этом необходимо помнить следующее: в проекте всегда должна присутствовать либо директива Numerical solution parameters, использующая ранее полученные данные легирования, либо Analitical doping data, служащая для создания профиля легирования аналитическим путем. При описании электродов следует учесть, что невозможно использование двух и более электродов имеющих один и тот же номер. Также нельзя задать изменение напряжения более чем на одном электроде в каждой из поддиректив IV-data.

Число последних в проекте не ограничено, однако не рекомендуется использование более чем одной поддирективы IV-data за раз. Это связано с тем, что хоть и для каждой из IV-data будут сформированы вольт-амперные характеристики, но распределения (см. табл. 2.1), моделируемые SemSim, будут построены по отношению только к последней из них, а для остальных они будут неизвестны. Также, во избежание ошибок, необходимо внимательно следить за полярностью задаваемого на электродах напряжения.

3. Экономическая часть

Процесс исследования и внедрения новых программных изделий включает в себя множество различных работ, которые разбиваются на стадии и этапы. Необходимо осуществлять контроль за выполнением всех этапов с соблюдением временных рамок.

Построение ленточного графика. Наиболее широко распространение получило планирование, основанное на составлении ленточного графика. Ленточный график представляет собой схематическое изображение порядка проведения и длительности отдельных этапов научно-исследовательской и другой работы. Он позволяет наглядно получить представление о последовательности и взаимосвязи различных стадий разработки, а также может оказать помощь в планировании сроков проведения научно-исследовательской работы в целом. Ленточный график исследования программного комплекса MicroTec приведен в таблице 3.1. Научно-исследовательская работа состоит из 9 этапов, каждый из которых отличается по трудоемкости. График отражает те стороны работ, которые являются наиболее существенными. Общая продолжительность составляет 95 дней.

Составление сметы затрат на исследование программной продукции

Затраты на разработку программной продукции рассчитывается по формуле:

,

где - расходы на приобретение материалов; - основная заработанная плата разработчиков; - дополнительная заработная плата разработчиков; - отчисления на социальные нужды; - амортизация ЭВМ; - накладные расходы; - затраты на электроэнергию.

Разработка программного продукта включает в себя затраты по следующим статьям.

Сырье и материалы

К этой статье относят стоимость тех материалов, которые расходуются на исследование данного вида продукции. Расходы по этой статье приведены в табл. 3.2. Получаем:

= 120 + 3 + () + () + () = 333 руб.

Таблица 3.1. Сырье и материалы

Заработная плата разработчиков

Расчет основной заработной платы ведется из существующих должностных окладов и фактически отработанного времени. Руководитель НИР имеет заработную плату 6006 руб. в месяц. Тогда его дневная ставка составит 6006 /26 = 231 рублей. Заработная плата инженера составляет 2000 руб. в месяц. Его дневная ставка: 2002 /26 = 77 руб.

Таким образом, основная заработная плата разработчиков составляет:

= + = 15862 руб.

Дополнительная заработная плата рассчитывается как 15% от основной заработной платы.

= 15862·0,15 = 2379 руб.

Отчисления на социальные нужды

Отчисления на социальные нужды определяются по установленным нормам: 26% от суммы основной и дополнительной заработных плат всех исполнителей:

= ( + ) = (15862 + 2379) =4742,7 руб.

Амортизация ЭВМ

Отчисления на амортизацию ЭВМ считаются следующим образом:

Коэффициент амортизации = 25%.

Отчисления на амортизацию ЭВМ:

= ,

где - первоначальная стоимость ЭВМ, = 15000 руб.; - число рабочих дней, = 300 дней; - время работы на ЭВМ, = 90 дней.

Таким образом, получаем:

= руб.

Расходы на электроэнергию

Расход электроэнергии определяется исходя из установленной мощности оборудования, времени его работы и стоимости киловатт-часа электроэнергии. Расчет затрат на электроэнергию можно подсчитать по формуле:

= ,

где - время работы на ЭВМ, = 90 дней; - мощность,

потребляемая ЭВМ в час, = 0,3 кВт; - среднее время работы ЭВМ в день, = 7 часов; - стоимость электроэнергии 1кВт/ч, = 1,18 руб.

= руб.

Накладные расходы

Накладные расходы составляют 20% от суммы всех статей.

= 0,20,

= 0,20333 + 15862 + 2379 + 4742,7 + 223 + 1125) = 4933 руб.

Расчет цены для НИР

Цена НИР определяется как смета затрат плюс прибыль и НДС:

= С + П + НДС;

Прибыль составляет 20% от сметы затрат.

П = 0,2,

П = 0,2333 + 15862 + 2379 + 4742,7 + 4933 + 223 + 1125) = 5919,5 руб.

НДС определяется:

НДС = С_НДС (С+П),

где - ставка НДС (18%).

НДС = 0,18·(333 +15862 + 2379 + 4742,7 + 4933 + 5919,5 + 223 + 1125) = 6393 руб.

Таким образом, цена НИР будет равна:

= 29597,7 + 5919,5 + 6393 = 41910,3 руб.

Таблица 3.2. Смета затрат на разработку программного продукта

Выводы по эффективности предложений

Затраты на исследование программного комплекса MicroTec и возможности его использования в курсовом проектировании по дисциплине «Твердотельная электроника» составили 29597,7 руб.

В результате использования программы расход машинного времени, связанного с расчетом курсовых проектов, сократится более чем в три раза. Ранее на курсовое проектирование отводилось порядка 60 часов машинного времени на человека. Теперь требуется не более 18 часов. При средней потребляемой компьютером мощности в 250 Вт/час и стоимости 1 кВт потребляемой энергии 1 руб. 18 коп., экономия из расчета на 180 человек (8 учебных групп по 20 человек) составит 9770 руб. При такой экономии данная НИР окупится в течение 5 учебных семестров.

Внедряемая программа позволит выйти на новый уровень обучения студентов соответствующих специальностей, так как будет способствовать более быстрому и качественному усвоению материала, а также они получат возможность ознакомиться с современными методами моделирования полупроводниковых приборов, что будет являться дополнительным конкурентным преимуществом при трудоустройстве.

Заключение

В настоящей работе исследовался пакет программ расчета полупроводниковых приборов MicroTec фирмы Siborg с целью определения возможности его применения в курсовом проектировании по дисциплине «Твердотельная электроника». В процессе работы было произведено моделирование диода, биполярного транзистора и МОП-транзистора, получены их основные характеристики. Исследованы возможности адаптации программы к курсовому проектированию.

Основные результаты работы заключаются в следующем:

1. Установлено, что основными достоинствами применения пакета в процессе обучения является возможность наглядного представления результатов проектирования элементов ИС, получение студентами навыков проектирования и моделирования приборов на современном уровне.

2. Пакет стимулирует изучение технологических процессов производства изделий полупроводниковой электроники. Позволяет с меньшими затратами времени получить более глубокие знания по физике работы полупроводниковых приборов.

3. Достоинствами являются: более высокая точность расчета чем у аналитических методов; возможность достаточно точной подстройки модели прибора под его реальный аналог; малые затраты времени на составление проектов используемых для моделирования (на составление проекта и расчета прибора может потребоваться от 30 до 60 минут); большой объем получаемых данных о моделируемом элементе; возможность моделирования совершенно новых приборов, благодаря тому, что MicroTec основана на решении фундаментальных уравнений физики полупроводников.

4. Применение пакета позволяет анализировать не освещённые в методической литературе элементы теории работы полупроводниковых приборов.

5. Недостатки пакета проявляются в следующем: во-первых, программа позволяет осуществлять не более 1 диффузии, и не более 1-го процесса нанесения окисла. Во-вторых, она в основном предназначена для проектирования ИС и в ней не учитывается изменение температуры кристалла, что является серьезным недостатком при расчете мощных дискретных приборов. В-третьих, производится расчет исключительно планарных структур. В-четвертых, существует возможность создания только 2D-структур. В-пятых, возможен расчет только статических характеристик. Также существует ряд мелких недоделок в интерфейсе.

В целом, применение пакета, особенно совместно с аналитическими методами, представляется полезным, и будет способствовать повышению качества подготовки специалистов по направлению «Электроника и микроэлектроника».

Библиографический список

1. Базылев В.К. Расчет биполярных транзисторов. Рязань 2004 г.

2. Вихров С.П., Кобцева Ю.Н. Физика и технология полупроводниковых приборов и интегральных схем. Рязань 1994 г.

3. Базылев В.К. Расчет полупроводниковых диодов. Рязань 1994 г.

4. Козлов В.Н. Электронные приборы. Рязань 1994 г.

5. Runge H. Distribution of implanted ions under arbitrarily shaped

mask. Phys. Stat. Sol., v. 39 (a), 1977 г.

6. Dutton R.W., Antoniadis D.A. Models for computer simulation of

complete IC fabrication processes. IEEE Trans. Electr. Dev., v.ED-26, 1979 г.

7. Maldonado C.D. ROMANS II - A two-dimensional process simulator. Appl. Phys., vol. A31, 1983 г.

8. Process and Device Simulation for MOS-VLSI Circuits. Ed. by Antognetti P., Dutton R.W. et al., Martinus Nijhoff Publishers, 1983 г.

9. Dutton R.W., Ho C.P. et al. VLSI process modeling - SUPREM III. IEEE Trans. Electr. Dev., v.ED-30, 1983 г.

10. Tanigushi K. et al. Two-dimensional computer simulation models for MOS-LSI fabrication processes. IEEE Trans. Electr. Dev., v.ED-28, 1981 г.

11. Deal B.E., Grove A.S., General relationship for the thermal oxidation of silicon, J. Applied Physics, vol. 36, 1965 г.

12. Slotboom J.V., H.C. De Graaf. Measurements of bandgap narrowing in silicon bipolar transistor. Solid State Electronics, vol. 19, 1976 г.

13. Chynoweth A.G. Ionization rates for electrons and holes in silicon. Phys. Rev., vol. 109, 1958 г.

14. Yamaguchi K. A mobility model for carriers in the MOS inversion layer. IEEE Trans. Electron Devices, vol. 30, 1983 г.

15. Lombardi C., Manzini S., Saporito A., Vanzi M. A physically based mobility model for numerical simulation of nonplanar devices. IEEE Trans. Computer Aided Design, vol. 7, 1988 г.

16. Obrecht M.S. A new stable method for linearization of discretized basic semiconductor equations. Solid State Electronics, vol.36, No.4, 1993 г.

17. ГОСТ 12.1.005-88 «Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны».

18. Тугов Н.М., Глебов Б.А., Чарыков Н.А. Полупроводниковые приборы. Москва, 1990 г.

19. Искусственное освещение. Метод, указ. Сост.: Болтнев В.Е., Юдаева Л.Н.; Рязань, 2002 г.

20. Безопасность и экологичность проекта, методические указания для дипломников. Зайцев Ю.В., Веселкин Н.В., Рязань, 2002 г.

21. ГОСТ 12.0.003-74 ССБТ. Опасные и вредные производственные факторы. Классификация. Москва, 1980 г.

22. ГОСТ Р 50923-96. Дисплеи. Рабочее место оператора. Общие эргономические требования к производственной среде.

23. СанПиН 2.2.4.548-96. Гигиенические требования к микроклимоту производственных помещений. Москва, 1996 г.

24. СНиП 23-05-95. Естественное и искусственное освещение. Москва, 1995 г.

25. ГОСТ 12.1.030-81 Электробезопасность. Защитное заземление. Зануление. Москва, 1981 г.

26. СНиП 2-12-77 Защита от шума. Нормы проектирования. Москва, 1977 г.

27. СНиП 21-01-97 Пожарная безопасность зданий и сооружений. Москва, 1997 г.

Размещено на Allbest.ru