【Silvaco example】GaN diode, Reverse-bias leakage current vs temperature

1、例子讲解

该示例演示了，GaN肖特基二极管中，因声子辅助隧穿（ phonon-assisted tunneling ）的反向偏置漏电流的温度依赖性建模。

例子参考以下论文：

Pipinys P., and V. Lapeika, "Temperature dependence of reverse-bias leakage current in GaN Schottky diodes as a consequence of phonon-assisted tunneling" J.Appl. Phys. 99 (2006): 093709.

本例展示：

• 使用Atlas定义结构
• 使用Atlas的温度依赖性反向电压特性

        已经发现，一些氮化镓（GaN）二极管的反向I-V特性可以通过使用声子辅助电子隧穿模型来最好地解释。

假设电子是从金属-半导体界面中的局部能级发射的。

要启用模型，请在CONTACT语句中使用关键字PIPINYS。

contact name=anode workfun=5.18 pipinys surf.rec me.tunnel=0.222

PIP.NT的默认值为0，因此必须为该数量设置一个有限值，以便模型具有任何效果。

其他参数可在MATERIAL语句中指定。

material material=GaN align=0.68 eab=0.16 \
	taun0=1e-9 taup0=2e-8 nsrhn=4e18 nsrhp=4e18 \
	d.tunnel=4e-6 me.sbt=0.20 mh.sbt=0.20 \
	augn=1e-31 augp=1e-31 arichn=26 \
	pip.nt=1.5e13 pip.et=0.8 pip.acc=2.0 pip.omega=0.07

尽管该模型是专门针对GaN中的反向偏置电流而开发的，Atlas并未将该模型的使用限制在该材料上。 

• PIP.OMEGA是声子能量，
• PIP.ACC是电子-声子相互作用常数，
• PIP.ET是陷阱深度。

一旦构造完成，然后在Atlas（SPISCES）中使用“通用肖特基隧穿”模型（UST）模拟器件的反向特性。

实验文件以go internal命令开始，该命令将控制从当前模拟器（即Atlas）传输到DB internal。

go internal

 load命令指定应将哪个模板文件用于多次运行。

load infile=diodeex10_aux.in

 sweep命令指定应如何更改模板文件中设置的变量。

sweep parameter=tempera type=list data="125, 150, 200, 250, 300, 350, 400"

模板文件中set命令指定的参数设置为更改；在这种情况下是温度。数据指定温度值。

set tempera=300

2、语法讲解 

1、material

material material=GaN align=0.68 eab=0.16 \
	taun0=1e-9 taup0=2e-8 nsrhn=4e18 nsrhp=4e18 \
	d.tunnel=4e-6 me.sbt=0.20 mh.sbt=0.20 \
	augn=1e-31 augp=1e-31 arichn=26 \
	pip.nt=1.5e13 pip.et=0.8 pip.acc=2.0 pip.omega=0.07

 align

指定相对于器件中的最小带隙材料，应用于传导带边缘的带隙差的部分。请注意，指定这个参数会取代任何电子亲和力的规格。

eab

指定受体能级

 taun0    taup0

 

 nsrhn   nsrhp

d.tunnel

 

 me.sbt   mh.sbt

 

 augn  augp

 

 arichn

 pip.nt    pip.et     pip.acc    pip.omega

• PIP.OMEGA是声子能量，
• PIP.ACC是电子-声子相互作用常数，
• PIP.ET是陷阱深度。

2、mobility

mobility material=GaN gansat.n

 打开电子/空穴的氮化物场相关模型

3、models

 models srh auger albrct fermi temp=$temp ust print

 srh

 auger

 albrct

 fermi

  temp

 print

 打印所有模型的状态，各种系数和常数。我们建议你在所有Atlas运行中包括这个参数。

ust

 启用通用肖特基隧道模型

4、contact

contact name=anode workfun=5.18 pipinys surf.rec me.tunnel=0.222

pipinys

 启用GaN Schottky二极管的反向偏置声子辅助隧穿模型

 surf.rec

指定在各个接触处使用有限的表面复合速度。

此参数必须以形式SURF.REC [VSURFN=] [VSURFP=

]指定，其中n和p为实数。

me.tunnel

5、 probe

 probe max name=maxfieldY mag.field dir=90

max 

 

 name

 设置允许您指定TonyPlot显示的描述的字符串

 6、sweep

 3、例程

1、CONTENT OF diodeex10_aux.in file

 go atlas 
 set tempera=300
 
 mesh width=1e6
 x.mesh loc=0.0   spac=0.5
 x.mesh loc=1.0   spac=0.5
 y.mesh loc=0.0 spac=0.0025
 y.mesh loc=1.0 spac=0.1
 
 region num=1 material=GaN	
 
 electrode num=1 name=anode top material=alu 
 electrode num=2 name=cathode bottom 
 
 doping region=1 uniform n.type conc=5e16
 
 material material=GaN align=0.68 eab=0.16 \
	taun0=1e-9 taup0=2e-8 nsrhn=4e18 nsrhp=4e18 \
	d.tunnel=4e-6 me.sbt=0.20 mh.sbt=0.20 \
	augn=1e-31 augp=1e-31 arichn=26 \
	pip.nt=1.5e13 pip.et=0.8 pip.acc=2.0 pip.omega=0.07
 
 mobility material=GaN gansat.n
 
 models srh auger albrct fermi temp=$temp ust print
 
 contact name=anode workfun=5.18 pipinys surf.rec me.tunnel=0.222
 
 output band.temp band.param e.mobility e.velocity
 probe max name=maxfieldY mag.field dir=90
 
 method newton carriers=1 maxtrap=10
 
 solve init
 log outfile=diodeex10_temp_$"temp".log
 
 solve vanode=0.1
 solve vanode=0.2
 solve name=anode vstep=-0.1  vfinal=-4.0
 extract name="maxEx_VR04" 1e2*max(probe."maxfieldY")
 extract name="I_VR04" max(i."cathode")
 solve vanode=-4.5
 solve vanode=-5.0 name=anode vstep=-1.0  vfinal=-10
 extract name="maxEx_VR10" 1e2*max(probe."maxfieldY")
 extract name="I_VR10" max(i."cathode")
 solve vanode=-12.0 name=anode vstep=-2.0  vfinal=-20
 extract name="maxEx_VR20" 1e2*max(probe."maxfieldY")
 extract name="I_VR20" max(i."cathode")
 save outf=diodeex10_0.str

2、Reverse-bias leakage current vs temperature 

go internal
load infile=diodeex10_aux.in
 
sweep parameter=tempera type=list data="125, 150, 200, 250, 300, 350, 400"
 
save type=sdb outf=diodeex10_0.dat
 
tonyplot diodeex10_0.str diodeex10_temp_300.log -set diodeex10_0.set
 
tonyplot -overlay   diodeex10_temp_125.log \
                    diodeex10_temp_150.log \
                    diodeex10_temp_200.log \
                    diodeex10_temp_250.log \
                    diodeex10_temp_300.log \
                    diodeex10_temp_350.log \
                    diodeex10_temp_400.log 
         -set diodeex10_1.set
 
tonyplot diodeex10_0.dat -set diodeex10_2.set