Simulação e caracterização de diodos controlados por porta visando a fabricação de sensoress de radiação luminosa.

• Main Author: Hugo Puertas de Araújo
• Other Authors: Sebastião Gomes dos Santos Filho
• Language: Portuguese
• Published: Universidade de São Paulo 2000
• Subjects: Diodo controlado por porta; Sensores de radiação luminosa; Device characterization; Electrical simulation; Gate-controlled diodes; Light sensors; Process aimulation; Process characterization
• Online Access: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3140/tde-26072017-151052/

O presente trabalho faz inicialmente uma revisão básica a respeito de diodos controlados por porta ressaltando o método criado por Grove, e corrigido por Pierret, para a determinação da velocidade de recombinação superficial, parâmetro esse, importante na análise do desempenho do dispositivo frente a situações que tendem a degradar o funcionamento do mesmo. Em seguida, propomos a utilização de DCP\'s como sensores de radiação luminosa e possivelmente como sensor de cores. Para tanto, simulamos o comportamento de uma junção PN sob iluminação quando variamos a extensão da região de depleção associada à mesma. De acordo com essas simulações, observamos que o rendimento de conversão da energia luminosa para elétrica, em função do comprimento de onda da luz incidente, apresenta dependência com relação a extensão da região de carga espacial. Essa característica pode vir a ser usada, futuramente, na detecção seletiva de comprimentos de onda, e portanto, permitindo a discriminação de cores. A variação da largura da região de depleção nas proximidades de uma junção PN pode ser conseguida, numa estrutura do tipo DCP, através da aplicação em sua porta, de pulsos de amplitude e inclinação adequadas, de forma a levá-lo a operar em depleção profunda. Nessas condições, o valor máximo da largura da região de depleção é maior do que o seu valor máximo estacionário, podendo chegar a até 3 vezes o mesmo, conforme foi constatado por simulação, através de um software por nós desenvolvido, para uma estrutura MOS pulsada. Tal simulação forneceu-nos o campo e potencial elétricos e a concentração de portadores em função da profundidade através da resolução da equação de Poisson com condições de contorno adequadas. Dados os resultados obtidos nas simulações, a próxima etapa foi a elaboração de máscaras litográficas para construir diodos controlados por porta com diferentes geometrias, algumas sugeridas pela literatura, outras ) desenvolvidas para esse trabalho. Tais máscaras foram confeccionadas pelo CTI em Campinas e foram desenhadas através do software Microeletrônica de Etienne Sicard da universidade de Toulouse. Utilizamos as máscaras fabricadas para construir uma pastilha-teste preliminar com os diodos controlados por porta propostos. Infelizmente, nesta única corrida, tivemos curto-circuito entre porta e substrato e apenas as junções PN funcionaram a contento. Obtivemos diodos com fator de idealidade de ~1,4 e densidade de corrente reversa, no melhor dos casos, igual a 1,23.104 nA/cm² para áreas de (1000 x 1000) µm². Por outro lado, como não conseguimos DCP\'s funcionando, utilizamos transistores nMOS convencionais, fornecidos pelo Prof. João Antonio Martino, para medir a velocidade de recombinação superficial, \"velocidade de recombinação aparente\", que resultou em 5,5×106 cm/s, segundo o método proposto por Pierret. === This work presents a basic review about gate-controlled diodes (GCD) mainly on the method created by Grove and corrected by Pierret, for measuring the surface recombination velocity that is an important parameter on the analysis of device performance. In the sequence, we propose the use of GCD\'s as light radiation sensors and, probably as color sensors. To do so, we have simulated the behavior of a PN junction under illumination, varying the depletion region length. The simulations revealed that the luminous to electrical energy conversion depends on the length of the spatial charge region. This could be used, in the future, on the selective wavelength detection, alloying color discrimination. The variation of the depletion region length in the vicinity of a PN junction can be done, in a GCD structure, by applying in its gate, a set of electrical pulses with the right characteristics, in order to drive it to the deep depletion mode. In these conditions, the maximum length of the depletion region is larger than its steady state value, reaching as much as 3 times that value, as could be determined by means of simulation of a pulsed MOS structure, in a specific software developed for that purpose. This software give us the electric field and potencial and the carrier concentration against depth into the silicon by solving the Poisson equation with the right boundary conditions. Keeping these results in mind, the next step was the project of the lithographic masks in order to explore some different geometries, some of them suggested by the literature, others developed in this work. The fabrication of those masks were done by CTI in Campinas e were designed with the software Microeletrônica by Etienne Sicard from the university of Toulouse. We have used the masks to manufacture a preliminary chip test which included gate-controled diodes.Unfortunately, in this unique run, \"short circuits\" between gate and bulk has occurred and only the PN junctions worked as expected. We have obtained diodes with ideality factor of ~1.4 and reverse current density of 1.23.104 nA/cm² in the best case for junction areas of (1000 x 1000) µm². On the other hand, as we have not got gate-controlled diodes which were working, we have used conventional nMOS transistors borrowed by Prof. João Antônio Martino. Surface recombination velocity so was measured in these nMOS transistors and resulted in 5.5.106 cm/s, according to the method proposed by Pierret.