TCAD를 사용한 P-N Junction Simulation

Experiment objective

 Simulate the basic structure of PN diode and learn parameters of PN diode. One will understand how operation properties of PN diode changes according to the parameters. 

 

Experiment Process

1. Design of PN diode

 

go atlas 

 

#Define Mesh

mesh space.mult=1

 

x.mesh loc=0 spac=0.1

x.mesh loc=1 spac=0.05

x.mesh loc=2 spac=0.1

y.mesh loc=0 spac=0.1

y.mesh loc=1 spac=0.1

 

#Define Region

region num=1 silicon x.min=0 x.max=1 y.min=0 y.max=1

region num=2 silicon x.min=1 x.max=2 y.min=0 y.max=1

 

#Define the electrodes

electrode name=anode x.min=0 x.max=0.1 y.min=0 y.max=1

electrode name=cathode x.min=1.9 x.max=2 y.min=0 y.max=1

 

#Define the doping concentration

doping uniform conc=1e16 p.type region=1

##You can change doping concentration here, by adjusting 'conc=1e16' part##

doping uniform conc=1e16 n.type region=2

 

#Set models, method and output

models conmob boltzman print temperature=300

##You can change temperature here, by adjusting 'temperature=300' part##

method newton trap

output band.param con.band val.band e.field

 

#Solve equation

solve init

 

save outf=pnjunction_base_nobias.str

tonyplot pnjunction_base_nobias.str

 

log outf=pnjunction_base.log

solve vanode=0 vstep=-0.1 name=anode vfinal=-3

solve vanode=-3 vstep=0.1 name=anode vfinal=5

log off

tonyplot pnjunction_base.log

 

save outf=pnjunction_base_forwardbias.str

tonyplot pnjunction_base_forwardbias.str

 

quit

 

2. Demo

 

1. Extract the figure of PN diode. (Using tonyplot - Structure file, plot net doping contour)

2. Extract the VAnode - IAnode. ( Using tonyplot - log file)

3. Extract band diagram with no bias.

4. Extract band diagram with forward bias.

5. Repeat process 2 with various doping concentration of p region : 1E16, 1E17, 1E18, 1E19(Plot with overlay)

6. Repeat process 2 with various temperature : 200K, 300K, 400K (Plot with overlay)