实验报告)微电子器件与电路实验(集成
学号 实验时间姓名 2019.04
实验成绩 实验操作 教师签字
实验二 集成二极管电学特性分析 实验名称(1)计算机 (2)操作系统：Centos
实验设备 TSMC RF0.18um工艺模型软件平台：Cadence Virtuoso (4)(3)1.掌握变量扫描分析、OP分析、DC Sweep下分析器件电学模型参数
2.掌握二极管电流和结面积和结周长关系，加深对集成二极管电学特性的理解 实验目的 特性的测试方法3.掌握二极管CV 掌握单边突变结二极管掺杂浓度测量方法4.实 验 要 求
1. 实验前按要求阅读器件说明文档，阅读实验操作文档，熟悉实验过程及操作步骤
2. 实验过程中按实验报告要求操作、仿真、记录数据(波形)
3. 实验结果经指导老师检查、验收，经允许后方可关机，离开实验室
，、实验后按要求处理数据和波形，回答问题。实验报告打印后，于下次实验时间缴交。3 实 验 内 容：
【20%】 2.1 集成二极管电流随结面积变化特性(变量分析)实验对给定的二极管固定二极管的L，然后对二极管结W进行变量分析，测得二极管电流和结面积之间的关系曲线，通过曲线斜率估计二极管电流和结面积是否满足线性关系，回答思考题1
【20%】 分析)2.2 实验集成二极管电流随结周长变化特性(OP使用不同结周长的二极管单元并联成结面积相同的二极管器件，测得相同偏置条件下的二极管电流，通过对比不同二极管电流之间的差异，确定二极管电流和结周长的关系，回答思考题2
【30%】 CV特性测试(DC分析下器件电学模型参数分析)集成二极管实验2.3
对给定结面积的二极管进行DC分析，分析二极管结电容和反偏电压之间的关系，测得CV特性曲线。并根据《微电子器件与电路》所学知识，回答思考题3、4、5。
【30%】 实验2.4 集成二极管内建电势差及掺杂浓度测量测试不同结电压下单边突变结二极管的单位结面积电容，根据单边突变结1/C关系曲线特点计算得到二极管的掺杂浓度和内建电势差。
华侨大学信息科学与工程学院电子工程系
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)实验报告微电子器件与电路实验(集成华侨大学电子工程系
实验2.1 集成二极管电流和结面积关系特性分析
实验目的：
①使用二极管构建二极管正向偏置电路
②分析给定正向偏置结电压的情况下，分析二极管电流和二极管结面积的关系，深入了解二极管的电学特性。
③学习并掌握Cadence Virtuoso ADE DC扫描器件物理变量，并测量二极管电流的方法。
实验器件：TSMC 0.18um工艺混合信号工艺，二极管结面积长度L=20um，宽度=变量x的dioden, diodenw, diodep三种二极管，变量x默认值为10um。
仿真分析：在Cadence Virtuoso Schematic Editing中构建二极管正向偏置电路，二极管结的长度为20um，正向偏置电压为0.7V，然后调用Cadence Virtuoso ADE使用Spectre软件对变量x进行DC直流扫描，范围从0.18um-40um输出二极管电流波形。
数据记录：【15%】 波形记录：记录每个二极管电流随结宽度变化特性波形，并抓取对应①对应
)
0.001uA/um0.001 uA/um或表2-1 二极管电流和面积的关系(结果都精确到
二极管类型
W=5um
W=10um
W=15um
W=20um
W=25um
W=30um
dioden
I
△I
曲线斜率
uA/um
电流密度
uA/um
diodenw
I
△I
曲线斜率
uA/um
电流密度
uA/um
diodep
I
△I
曲线斜率
uA/um
电流密度
uA/um
W为10um和30um的点。
dioden二极管的电流特性曲线。【注意不要贴错器件】
此处贴波形，注意：①背景反成白色②波形加粗③抓取w=10um和w=30um对应二极管电流④图片可沿对角拉伸(本行可删除)
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集成二极管电学特性分析实验学年第二学期2018-2019 2 1525596LAB2 Page课程编号
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二极管的电流特性曲线。【注意不要贴错器件】②对应diodenw 】和实验管电流和二极管结周长的关系，深入了解二极管的电学特性。diodenw, diodep固定为为了仿真电流和结周长的关系，将结宽度
对应二极管电流④图片可和w=30um此处贴波形，注意：①背景反成白色②波形加粗③抓取w=10um) (本行可删除沿对角拉伸
二极管的电流特性曲线。【注意不要贴错器件】③对应diodep
对应二极管电流④图片可w=30um①背景反成白色②波形加粗③抓取w=10um和此处贴波形，注意：) 本行可删除沿对角拉伸(
思考题：时，曲线W=02.1的结果显示二极管电流和二极管结面积满足线性关系？如果将曲线反向延长到实验轴的截距是否为零？结果能否证明二极管电流除了和结面积有关外是否和其它器件参数有关？【5%Y
2.2 集成二极管电流和结周长关系特性分析 实验目的：分析二极分析给定正向偏置结电压和结面积的情况下，改变二极管的结周长，①使用二极管构建二极管正向偏置电路， Cadence Virtuoso ADE OP静态工作点分析，并显示二极管静态工作点的方法。②学习并掌握dioden, 二极管结长度固定为30um，的实验器件：TSMC 0.18um工艺混合信号工艺，二极管结固定面积为900um, 三种二极管。，长度中构建二极管正向偏置电路，二极管结面积固定为仿真分析：在Cadence Virtuoso Schematic Editing900um ，正向偏置电压为0.7V。30um保证结面积相1,2,3,6,12.30um,15um,10um,5umW设置为和2.5um,并联数设置为
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直流工作点分析，并显示二软件对电路进行OPVirtuoso ADE使用Spectre同，但是结周长对应会增加。然后调用Cadence
极管的静态工作电流。
15%】数据记录：【表面积△电流△△diodenw面积△电流△△diodep面积△电流△△图形记录：记录每种二极管静态工作点
0.7V) (结正偏2-2 dioden侧壁电流密度测量
30umX30umX1
30umX15umX2
30umX10umX3
30umX5umX6
30umX2.5umX12
um） C（
30umX2
30umX2
30umX6
30umX12
（uA）I
（uA）I
I/△C
0.7V) 结正偏侧壁电流密度测量(
30umX30umX1
30umX15umX2
30umX10umX3
30umX5umX6
30umX2.5umX12
C（um）
30umX2
30umX2
30umX6
30umX12
uA） I（
（IuA）
I/△C
0.7V) (结正偏侧壁电流密度测量
30umX30umX1
30umX15umX2
30umX10umX3
30umX5umX6
30umX2.5umX12
） C（um
30umX2
30umX2
30umX6
30umX12
（IuA）
）I（uA
I/△C
)，背景反白色。图中必须显示m=多少和二极管电流OP分析结果( 【注意不要贴错器件】二极管的静态工作点OP情况。①对应dioden
本(m数和二极管电流③图片可沿对角拉伸此处贴波形，注意：①背景反成白色②图形中必须显示) 行可删除
【注意不要贴错器件】OPdiodenw二极管的静态工作点情况。②对应
本(m数和二极管电流③图片可沿对角拉伸此处贴波形，注意：①背景反成白色②图形中必须显示) 行可删除
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uA/um实验容和二极管反向偏压的关系，深入了解二极管的电学特性。管。中设置
情况。【注意不要贴错器件】③对应diodep二极管的静态工作点OP
本数和二极管电流③图片可沿对角拉伸(此处贴波形，注意：①背景反成白色②图形中必须显示m) 行可删除
思考题：单位为(结果用结面积电流密度ISA，2. 从实验2.2的结果分析三种二极管电流ID的实际计算公式，】【5%，结长为L(单位为um)表示。单位为)和结周长电流密度ISC(uA/ um),结宽为W(单位为um)
CV特性分析2.3 集成二极管电流 实验目的：分析二极管结电分析给定器件物理尺寸参数的情况下，改变二极管的反偏压，①使用二极管构建二极管反向偏置电路， 。(连续静态工作点)②学习并掌握Cadence Virtuoso ADE DC分析器件静态工作点分析三种二极dioden, diodenw, diodep30um的实验器件：TSMC 0.18um工艺混合信号工艺，二极管结长度30um，宽度 中模型库中构建二极管反向偏置电路，在Cadence Virtuoso ADE仿真分析：在Cadence Virtuoso Schematic Editing ，仿真结束后显示二极管的静态工作电容。DC分析，分析范围为-1V~9.0Vsaveop命令，然后设置
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】【15%数据记录：表格器件波形记录：记录每个二极管
fF) 电容单位为特性曲线(2-3 集成二极管的CV
C@-0.5V
C@0V
C@1V
C@2V
C@3V
C@4V
C@5V
C@6V
dioden
diodenw
diodep
点。1V和5VCV特性曲线，并抓取反偏电压为 【注意不要贴错器件】二极管的CV特性曲线。①对应dioden
对应电容④图片可沿对角5V1V和反偏此处贴波形，注意：①背景反成白色②波形加粗③抓取反偏) 本行可删除拉伸(
特性曲线。【注意不要贴错器件】diodenw二极管的CV②对应
对应电容④图片可沿对角5V①背景反成白色②波形加粗③抓取反偏1V和反偏此处贴波形，注意：) 本行可删除拉伸(
【注意不要贴错器件】二极管的diodepCV特性曲线。③对应
对应电容④图片可沿对角和反偏5V1V此处贴波形，注意：①背景反成白色②波形加粗③抓取反偏
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思考题：现？为什么？【计算出二极管内建电势差大小？【实验容和二极管反向偏压的关系，计算单边突变结低掺杂一侧的掺杂浓度。管。仿真分析：在置
) (本行可删除拉伸
】
5%哪种电容最小，电容大小和掺杂浓度是什么关系？【1. 相同尺寸零偏压下下哪种二极管电容最大，
正偏情况下，电容为什么会变大？某电路假设需要使用大电容，是否可以考虑使用正偏二极管来实2. 5%】
特性的计算表达式为PN结额势垒电容CV3.已知反偏VbiCC? 0jj|V?|VRbi的测试数据，为反偏结电容，能不能根据实验2.5为内建电势差，Cj0表示零偏势垒电容，VbiV其中 5%】
2.4 集成二极管掺杂浓度测量 实验目的：分析二极管结电改变二极管的反偏压，①使用二极管构建二极管反向偏置电路，分析给定器件物理尺寸参数的情况下， ②学习并掌握测试单边突变结低掺杂一侧的掺杂浓度的方法三种二极的dioden, diodenw, diodep30um实验器件：TSMC 0.18um工艺混合信号工艺，二极管结长度30um，宽度 中模型库中设Cadence Virtuoso ADE中构建二极管反向偏置电路，在Cadence Virtuoso Schematic Editing 0V~8.0V分析，分析范围为，仿真结束后显示二极管的静态工作电容。saveop命令，然后设置DC
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30%】数据记录和处理：【P衬底掺杂浓度测量表2-4 dioden二极管 cap结电容(单位F) (电容面积单位cm)
F/cm) 单位面积电容(单位1/C △[1/C] 单位计算得到Na(#/cm) 衬底掺杂浓度测量diodenw二极管P 单位F) cap结电容(电容面积) (单位cm) 单位面积电容(单位F/cm1/C △[1/C] #/cm) 单位计算得到Na(二极管diodepN阱掺杂浓度测量 单位cap结电容(F) ) 单位电容面积(cm) F/cm(单位面积电容单位1/C △[1/C] Nd(计算得到单位) #/cm 结论： 经过实验结果分析和计算，衬底的平均掺杂浓度约为PDioden二极管衬底的平均掺杂浓度掺杂浓度约为diodenwP阱的平均掺杂浓度约为Diodep N
C@0V
C@2V
C@4V
C@6V
C@0V
C@2V
C@4V
C@6V
C@0V
C@2V
C@4V
C@6V
#/cm，. #/ cm #/ cm
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