TUGAS 2
Perancangan Dioda
Spesifikasi dioda :
Rancangan manual :
Asumsi dioda adalah one sided abrupt junction dengan
Untuk one sided abrupt junction <<
, sehingga dapat diasmumsikan
= 100
.
Tegangan deplesi pada keseimbangan termal (pada 300K)
Beban Deplesi : w =
Dimana V = , lebar daerah deplesi
=
Karakteristik I-V :
Pada rancangan dibutuhkan agar luas permukaan tidak terlalu lebar sehingga kapasitansi parasitik kecil.
Kapasitansi difusi :
Untuk A <
Nilai kapasitansi diatas menjadi cukup kecil jika diambil harga A = . Pengambilan harga A juga mempertimbangkan supaya arus yang lewat adalah 1 A, antara lain dengan menentukan harga Is dan rs yang sesuai.
Resistansi seri pada forward bias :
Pada forward bias, daerah deplesi akan nol sehingga resistansi seri adalah
dp= panjang/ kedalaman p-type
dn= panjang/ kedalaman n-type
Supaya Rs kecil, dp dan dn harus kecil tapi dibatasi oleh = 19.89
, diambil dp =
dan dn =
Jika diambil A = , maka
Sehingga diperoleh untuk I = 1 A,
harga V = 1.53 V,
Nilai Rs diharapkan kecil agar mampu mengeluarkan arus yang besar dengan disipasi relatif kecil. Untuk memperkecil nilai Rs, maka nilai Dp dan Dn dapat diperkecil, tapi tidak terlalu kecil karena dibatasi oleh lebar daerah deplesi .
sendiri ditentukan oleh konsentrasi donor. Jadi secara tak langsung dipengaruhi oleh tegangan breakdown.
Hasil dari perancangan ini berupa parameter :
Dari Pisces2B kita peroleh kurva karakteristik :
Simulasi dengan Program SUPREM3 dan PISCES2B
Doping Profile Dioda dengan SUPREM3
Title SSUPREM3 Contoh file Dioda
$ Dioda Sambungan pn
Comment Inisialisasi substrat silikon
Initialialize <111> Silicon,phosphorus Concentr=1.2e15
+ Thickness=27. dx=0.01 Spaces=80
Comment Dioksidasi basah setinggi 6500 A
Diffusion Temperature=1000 Time=60 WetO2
Print Layer
Comment Etsa untuk mendapat mask difusi
Etch Oxide
Comment Difusi Phosphor untuk mendapatkan tipe-n
Diffusion Temperature=975 Time=90 Boron Solidsolubility
Diffusion Temperature=975 Time=120 DryO2
Diffusion Temperature=975 Time=90
Comment Plot Distribusi ketidakmurnian
Print Concentr Che Phosphor Filename=konstra.out
Print Layer
Plot Chemical Boron Xmin=0 Xmax=30 Clear Axis LineType=2
+ title=Percobaan_dioda Symbol=1
Plot Chemical Phosphorus Xmin=0 Xmax=30 ^Clear ^Axis LineType=3
Plot Chemical net Xmin=0 Xmax=30 ^Celar ^Axis
+ symbol=2 color grid
Stop End of dioda percobaan
Doping Profile dengan menggunakan PISCES2B
Title File : diode.gr0
$ Tugas EL-312 (Devais Mikroelektronika)
$ Entering doping profile into Pisces2B
$ Grid of the structure and doping distribution
mesh rect nx=20 ny=40 smooth=1 diag.flip
x.m n=1 l=0.0 r=1.0
x.m n=20 l=50.0 r=1.0
y.m n=1 l=0.0 r=1.0
y.m n=40 l=169.3 r=1.0
$ Regions and Electrodes
region num=1 silicon
elec num=1 left length=25
elec num=2 bottom
$ Doping Profile
doping uniform conc=1.1739e16 n.type outf=doping.dio
doping gauss conc=1.1739e18 p.type junc=2 ratio=0.7
regrid doping ratio=4 log smooth.k=1 outf=mesh.dio dopfile=doping.dio
regrid doping ratio=4 log smooth.k=1 dopfile=doping.dio
$ Plotting
plot.1d x.s=0.0 x.e=5.0 y.s=0.0 y.e=0.0 doping abs log pa
plot.1d x.s=1.0 x.e=1.0 y.s=0.0 y.e=5.0 doping abs log pa
plot.2d grid boundary no.top no.fill pa
plot.2d junction boundary l.elect=2 l.bound=3 l.junct=6 no.fill pa
end
Output plotnya:
Karakteristik Transient Dioda
Title File : diode.gr1
$ Tugas EL-312 (Devais Mikroelektronika
$ PN diode transient simulation
mesh inf=mesh.dio
mater region=1 taup0=2.e-6 taun0=2.e-6
contac num=1 resist=1.e5
symb newton carr=2
method xnorm trap atrap=0.5 autonr
models srh auger conmob fldmob
solve init
log outf=dio1
solve v1=2.0 tstep=2.e-12 tstop=50.e-9 outf=dioA
end
Title File : diode.gr2
$ Tugas EL-312 (Devais Mikroelektronika)
$ Low frequency (1kHz) analysis
mesh inf=mesh.dio
symb newton carr=2
method xnorm autonr
models srh auger conmob fldmob
log acfile=ac.dio ivfile=iv.dio
solve init
solve local v1=-3 ac freq=1e3
solve vstep=0.25 nsteps=12 elect=1 ac freq=1e3
solve vstep=0.1 nsteps=4 elect=1 ac freq=1e3
end
Title File : diode.iv1
$ Tugas EL-312 (Devais Mikroelektronika)
$ Plot Current and voltage versus time
mesh inf=mesh.dio
$ plot.1d inf=dio1 x.ax=time y.ax=i1 x.max=7.0e-10 points
$ + title="Plot Current vs Time" pa
plot.1d inf=dio1 x.ax=time y.ax=v1 x.max=7.0e-10 points
+ title="Plot Voltage vs Time" pa
end
Output plot :
Karakteristik I-V Dioda
Title File : diode.iv2
$ Tugas EL-312 (Devais Mikroelektronika)
$ Plot Current vs Voltage
mesh inf=mesh.dio
plot.1d inf=iv.dio x.ax=v1 y.ax=i1 x.min=0.1 abs
+ line=1 x.label=V y.label=I title="Plot Current vs Voltage" pa
end
Output plot :
Karakteristik C-V Dioda
Title File : diode.cv2
$ Tugas EL-312 (Devais Mikroelektronika)
$ Plot Capacitance vs Voltage
mesh inf=mesh.dio
plot.1d inf=ac.dio x.ax=v1 y.ax=c21 abs line=1 pa
+ title="Plot kapasitansi vs Voltage"
end
Output plot :