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19-04-2001C. Sanfilippo1 Analisi di profili di efficienza di carica in diodi di silicio Relatore Dott. Ettore Vittone Candidato Carmelo Sanfilippo Collaborazioni:

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1 C. Sanfilippo1 Analisi di profili di efficienza di carica in diodi di silicio Relatore Dott. Ettore Vittone Candidato Carmelo Sanfilippo Collaborazioni: International Rectifier (Borgaro To), Ruder Boskovic institute- Zagreb (HR)

2 C. Sanfilippo2 Sommario IBICC (Ion Beam induced Charge Collection) Laterale Caratterizzazione di diodi di silicio p + -n-n + mediante IBICC laterale Teorema di Gunn - Ramo Simulazione del trasporto nei semiconduttori Metodo dellequazione aggiunta Analisi dei profili di efficienza di raccolta mediante il metodo dellequazione aggiunta Conclusioni

3 C. Sanfilippo3 Scopo della tesi Valutazione dei parametri fisici che governano il trasporto dei portatori in dispositivi a semiconduttore mediante lanalisi di profili sperimentali ottenuti da misure IBICC laterale

4 C. Sanfilippo4 IBICC Laterale Ion Beam Induced Charge Collection Le misure sono state eseguite presso la linea di microfascio ionico del Ruder Boskovich Institute di Zagabria (HR) con protoni di energia 3-5 MeV

5 C. Sanfilippo5 Mappa di efficienza e profilo di efficienza di raccolta di carica C. Sanfilippo 5

6 C. Sanfilippo6 Simulazione con SRIM Simulazione con SRIM :3 MeV H in Si Longitudinal View Penetrazione 95 um, si trascura la ricombinazione superficiale Frontal View Dispersione del fascio di circa 2-5 um. Perdita di energia per ionizzazione. La generazione avviene principalmente a fine range.

7 C. Sanfilippo7 x y Al 5 Cr – Ni – Ag 1 m 200 m n + 40 m n 20 m p + vetro 260 m Dispositivo Glass Moat Diodo Standard Recovery Diodo A x y p+p+ n 50 m Au 550 m Dispositivo Diodo p + - n – n + Diodo B

8 C. Sanfilippo8 Profilo di drogaggio Dispositivo Glass Moat Diodo Standard Recovery Diodo A Dispositivo Diodo p + - n – n + Diodo B p+n+n p+n+n

9 C. Sanfilippo9 x ( m) Efficienza di raccolta di carica sperimentale C. Manfredotti et al. "Evaluation of the diffusion length in silicon diodes by means of the lateral IBIC technique", Nuclear instruments and Methods in Physics Research B 158 (1999) x ( m)

10 C. Sanfilippo10 Efficienza di raccolta di carica Carica raccolta Carica generata Energia dello ione incidente Energia di creazione elettrone-lacuna nel Si (3.6 eV)

11 C. Sanfilippo11 Q La carica indotta agli elettrodi è dovuta al moto dei portatori soggetti al campo elettrico Teorema di Ramo S.Ramo, Proc. of IRE 27 (1939), 584. Espressione della corrente indotta dal moto dei portatori

12 C. Sanfilippo12 E= E 1 +E 2 +E 3 Teorema di Ramo generalizzato G.Cavalleri, G.Fabri, E.Gatti, V.Svelto, Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. 21 (1971), 177. Applicazione del teorema di Ramo in presenza di carica spaziale E 3 campo elettrico generato dalla distribuzione delle cariche mobili E3E3 E1E1 E 1 campo elettrico dovuto alla tensione applicata E2E2 E 2 campo elettrico generato dalla distribuzione delle cariche fisse

13 C. Sanfilippo13 Corrente indotta dal moto dei portatori in un diodo polarizzato inversamente Generalizzazione del teorema di Ramo per dispositivi parzialmente svuotati e con distribuzione di carica spaziale dipendente dal potenziale applicato a b d c V Q Teorema di Gunn – Ramo J.B. Gunn, A general expression for electrostatic induction and its applicantion to semiconductor devices, Solid State Electronics, Pergamon Press Vol.7, 739 – 742

14 C. Sanfilippo14 Dato Sperimentale: profilo di efficienza di raccolta di carica ottenuto mediante la tecnica IBICC laterale Modello teorico basato sul teorema di Gunn - Ramo Occorre conoscere tutti i parametri di trasporto statici del diodo (tempo di vita, campo elettrico e mobilità) Occorre valutare la corrente j(x,t) per ogni punto di generazione

15 C. Sanfilippo15 Campo elettrico Pisces II Diodo A DiodoB

16 C. Sanfilippo16 Coefficiente di diffusione Diodo A DiodoB Pisces II

17 C. Sanfilippo17 Tempo di vita dei portatori Diodo B Diodo A

18 C. Sanfilippo18 Metodo dellequazione aggiunta Equazione di continuità per gli elettroni Equazione aggiunta per gli elettroni per gli elettroni Efficienza di raccolta

19 C. Sanfilippo19 Lequazione aggiunta non ammette soluzioni analitiche Sviluppo di un programma per la risoluzione numerica dellequazione aggiunta basato sul metodo alle differenze finite

20 C. Sanfilippo20 Funzione di Generazione Diodo A Diodo B

21 C. Sanfilippo21 Efficienza di Raccolta Diodo A h Tot. e Bias = -50 V Bias = -100 V

22 C. Sanfilippo22 Efficienza di Raccolta Diodo B e Tot. h Bias = -20 V Bias = -40 V

23 C. Sanfilippo23 Analisi dei risultati Dispositivo Diodo p + - n – n +

24 C. Sanfilippo24 Analisi dei risultati Diodo A

25 C. Sanfilippo25 Analisi dei risultati Diodo B Bias (V)L Sper. ( m)L teor (*). ( m) (*) E.Vittone et al. "Theory of Ion beam Induced Charge Collection based on the extended Shockley-Ramo Theorem", Nucl. Instr. And Meth. In Phys. Res. B, (1-4) (2000) pp

26 C. Sanfilippo26 Conclusioni I risultati di questa tesi sono stati presentati alla 7th Int. Conf. on Nuclear Microprobe Technology and Applications, Bordeaux, France, September 2000 Il teorema di Gunn-Ramo permette di interpretare i profili di efficienza ottenuti da misure IBICC Il metodo dellequazione aggiunta permette di calcolare direttamente, risolvendo numericamente ununica equazione differenziale, il profilo di efficienza di raccolta


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