Silvaco仿真：MOSFET的阈值电压与结构参数影响研究

本篇文档主要探讨了基于Silvaco软件的MOSFET实验仿真，其核心内容围绕MOSFET的三种基本工作状态：正向导通、反向导通以及阈值电压。实验目标旨在熟悉Silvaco软件的操作和器件设计过程，并通过具体参数调整来优化功率MOSFET的性能。 设计任务的关键点在于： 1. 设备要求：使用安装了Silvaco仿真软件的计算机，设备配置对于精确模拟至关重要。 2. 结构参数：N-区采用均匀掺杂，P区为高斯掺杂，宽度和结深分别为10um和6um；氧化层厚度为0.1um，宽度10um，左侧为空气材料。电极无厚度，掺杂峰位于表面，器件总宽20um。 3. 特性曲线：要求绘制正向输出特性曲线（门极电压0-20V，至少取五个点）、正向阻断电压曲线（G-S短路）和阈值电压特性曲线。阈值电压测试需将Drain和Gate短接。 4. 结构设计：N-区先均匀掺杂，接着是P区高斯掺杂，顶部和底部N+区也分别采用高斯掺杂，同时考虑顶部和底部N+结深的可变范围。器件阻断电压设为600V，N-区掺杂浓度和厚度需自行调整以满足特定标准。 实验分析部分着重于理解MOSFET的工作原理和影响因素。正向导通和反向阻断特性与二极管和BJT类似，但MOSFET的特殊之处在于阈值电压，它是通过反型效应实现导电，即当栅极电压超过阈值时，会在半导体表面形成反型层，载流子类型反转。这个过程受到p区掺杂浓度、沟道宽度和氧化层厚度等参数的显著影响。 在仿真过程中，正向阻断特性依赖于N-区作为耐压层，超过阻断电压后电流迅速上升；正向导通则通过施加大于阈值电压的栅极电压，促使P区出现反型层，器件导通。阈值电压的仿真则是通过逐步增加栅极电压，观察到器件导通点对应的电压。 具体的仿真步骤包括设定初始参数，如N-漂移区掺杂浓度为5e13，通过相关公式计算出其他区域尺寸，如N-区长度（31um）、P基区厚度（6um）等，然后在软件中调整这些参数，观察并记录不同参数设置下的性能变化。 本文档不仅提供了MOSFET设计的具体参数和实验要求，还深入剖析了其工作原理及关键参数如何影响器件性能，这对于理解MOSFET的原理和优化设计具有重要的参考价值。