Tugas2F - Kambing UI

Fatih
13295142
TUGAS II
Tugas : merancang sebuah dioda dengan perhitungan, spesifikasinya adalah sebagai berikut :
 Tegangan breakdown 20 V.
 Arus maksimum 1 A.
__________
Spesifikasi dioda :
 Tegangan breakdown 20 V.
 Arus yang mampu lewat 1 A.
Rancangan manual :
Asumsi dioda adalah one sided abrupt junction dengan
N D  4.5 X 10
16
cm 3
Untuk one sided abrupt junction X p <<
X n , sehingga dapat diasmumsikan X n = 100 X p .
N A .X p  N D .X n
N A  100 N p  4.5 X 1018 cm
3
Tegangan deplesi pada keseimbangan termal (pada 300K)
VBI 
 4.5 X 1016 X 4.5 X 1018 
NA . ND
KT

  0.0895 volt
ln

0
.
0259
ln
10 2


q
n2
1.4 X 10



Beban Deplesi : w =
Dimana V =
Xn 
2t sVBI
 0.162m
q.N D
VBR , lebar daerah deplesi
VBR =
Karakteristik I-V :
2t s 20  0.893
 3.29m
q.N D

Fatih
13295142
  q.V  1 
J  J s  e  K .T  




 Dp.Dnp Dn.Npo 

J s  q

Ln 
 Lp
Dn  371.14
Dp  5.18




2
ni 2
1.4 X 1010
Dno 

 4.350 X 10 5 cm 3
15
No
4.5 X 10
2
ni 2
1.4 X 1010
Npo 

 43.5 X 10 5 cm 3
NA
4.5 X 1018
Ln  Dn.tn  371.14 X 10  2  19.27 X 10 3 cm
Lp  Dp.tn  8.18 X 10 6  2.27 X 10 3 cm
J s  1.6 X 10
 26
 5.18 X 1.875 X 10 3 371.14 X 1.875 

  7.42 X 10 11 A 2

3
3 
cm
2.27 X 10
19.26 X 10 

I s  J s XA
Pada rancangan dibutuhkan agar luas permukaan tidak terlalu lebar sehingga kapasitansi parasitik kecil.
1
2
VR  VBI 

2
C
q.t s .N D . A 2
2
VR  VBI 
1.6 X 10 X 11.9 X 1.05 X 10 10 X 1.2 X 1015 XA 2
1.9886 X 10 25
VR  VBI 

A2
 0 .5
C  0.616 X 10 9 AV R  V BI 

18
3
 A  10 5 cm 2
C  0.616 X 10 14 F
Kapasitansi difusi :
Cd 
q .V
q. A.Lp.Pno q.V K .T 1.6 X 10 13 XAX 1.76 X 10 3 X 1.875 X 10 5
.e

Xe K .T
K .T
0.0259
q
 5.82 X 10 19 F
q.V
10 5 cm 2 , e K .T  0
C d  5.82 X 10 21 F
Untuk A <
5
2
Nilai kapasitansi diatas menjadi cukup kecil jika diambil harga A = 10 cm . 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 :
Fatih
13295142
Pada forward bias, daerah deplesi akan nol sehingga resistansi seri adalah
Rs 
1 dp 1 dn
. 
.
 p A n A
dp= panjang/ kedalaman p-type
dn= panjang/ kedalaman n-type
 p  q. p . p  1.6 X 10 19 X 200 X 1.2 X 1017  80.64
 n  q. n .n  1.6 X 10 19 X 14330 X 1.2 X 1015  6.384
1 dp
1 dn
dp
dn
. 
.
 0.26 X
 0.36 X
3.87 A 2.75 A
A
A
Supaya Rs kecil, dp dan dn harus kecil tapi dibatasi oleh WBD = 19.89
Rs 
I  I s .e
Rs 


 V  I . Rs 
 K .T 

q 

9.22 X 10
A
 J s . A.e
6
 V  I . Rs 


 0.0259 
, diambil dp = 5m dan dn = 22 m
 3.402 X 10 6
Jika diambil A = 5m , Rs  6.6 X 10 , I s  7.75 X 10
1
2
I  7.75 X 10 14.e
14
, maka
 V  0.01845 


 0.025 
Sehingga diperoleh untuk I = 1 A,
harga V = 1.53 V, N D  4.2 X 10 , N A  4.2 X 10 , A  5m , dn  22m, dp  5m
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  BD .
16
18
2
 BD
sendiri ditentukan oleh konsentrasi donor. Jadi secara tak langsung dipengaruhi oleh tegangan
breakdown.
Hasil dari perancangan ini berupa parameter :

N D (konsentrasi donor)




N A (konsentrasi akseptor)
A (luas permukaan)
Dn (Panjang semikonduktor tipe N)
Dp (Panjang semikonduktor tipe P)
Dari Supreme akan diperoleh kurva karakteristik Jarak dari permukaan VS konsentrasi (algoritmic)
Dari Pisces2B kita peroleh kurva karakteristik :
 Jarak VS Konsentrasi
 Penyebaran doping
 Kapasitansi VS Tegangan
 Arus VS Tegangan
 Karakteristik transien arus dan tegangan
Fatih
13295142
Title
$
Mencari DOPING PROFILE DIODA dengan SUPREM3
**********************************************
SSUPREM3 Contoh file Dioda
Dioda Sambungan pn
Comment
Initialialize
+
Inisialisasi substrat silikon
<111> Silicon,phosphorus Concentr=1.2e15
Thickness=27. dx=0.01 Spaces=80
Comment
Diffusion
Print
Dioksidasi basah setinggi 6500 A
Temperature=1000 Time=60 WetO2
Layer
Comment
Etch
Etsa untuk mendapat mask difusi
Oxide
Comment
Diffusion
Diffusion
Diffusion
Difusi Phosphor untuk mendapatkan tipe-n
Temperature=975 Time=90 Boron Solidsolubility
Temperature=975 Time=120 DryO2
Temperature=975 Time=90
Comment
Print
Print
Plot
+
Plot
Plot
+
Plot Distribusi ketidakmurnian
Concentr Che Phosphor Filename=konstra.out
Layer
Chemical Boron
Xmin=0 Xmax=30 Clear Axis LineType=2
title=Percobaan_dioda Symbol=1
Chemical Phosphorus Xmin=0 Xmax=30 ^Clear ^Axis LineType=3
Chemical net
Xmin=0 Xmax=30 ^Celar ^Axis
symbol=2 color grid
Fatih
13295142
Stop
End of dioda percobaan
Listing file untuk mencari DOPING PROFILE DIODA dengan PISCES2B
************************************************************
Date and time = 15-JAN-92 19:21:14
1... Title PN diode transient simulation
2... $ Grid of the structure and doping distribution
3... $ SILVACO International 1991
4... mesh
rect nx=100 ny=10 smooth=1 diag.flip
5... x.m
n=1 l=0.0 r=1.0
6... x.m
n=100 l=10500.0 r=1.0
7... y.m
n=1 l=0.0 r=1.0
8... y.m
n=10 l=8.0 r=1.0
9... $ Regions and Electrodes
10... region num=1 silicon
11... elec
num=1 x.min=0.0 length=999.0
12... elec
num=2 bottom
13... $ Doping profile
14... doping uniform conc=1.2e15 n.type outf=dd1dio
15... doping gauss conc=1.2e17 p.type junc=0.922 x.r=10000.0 ratio=0.7
16... regrid doping ratio=4 log smooth.k=1
dopfile=dd1dio
17... regrid doping ratio=4 log smooth.k=1 outf=mesh.dd1 dopfile=dd1dio
18... $
19... plot.1d x.s=0.0 x.e=5.0 y.s=0.0 y.e=0.0 doping abs log pa
20... plot.1d x.s=1.0 x.e=1.0 y.s=0.0 y.e=5.0 doping abs log pa
21... plot.2d x.min=9950 x.max=10000 grid boundary no.top no.fill pa
22... plot.2d x/min=9950 x.max=10000 junction boundary l.elect=2 l.bound=3 l.junct=6 no.fill pa
23... end
Fatih
13295142
*****************************
PN diode transient simulation
*****************************
Mesh statistics :
Total grid points = 1000
Total no. of triangles = 1782
Obtuse triangles = 0 ( 0.0%)
Mesh statistics :
Total grid points = 1385
Total no. of triangles = 2550
Obtuse triangles = 1332 ( 52.2%)
Mesh statistics :
Total grid points = 2430
Total no. of triangles = 4545
Obtuse triangles = 2182 ( 48.0%)
Grid written to mesh.dd1
Outputnya :
Doping profile
Transistor dioda
Fatih
13295142
Capasitansi-voltage dioda