Impact of Grain Boundaries on The Electrical Characteristics and Breakdown Behavior of Polycrystalline Silicon Pin Diodes: A Simulation Study

Resumen

En este artículo, presentamos un completo programa de simulación bidimensional diseñado para modelar las complejas características eléctricas de diodos PIN de polisilicio laterales con polarización inversa. Nuestra metodología involucra la resolución numérica de un sistema de ecuaciones diferenciales parciales, específicamente la ecuación de Poisson y las ecuaciones de continuidad tanto para electrones como para huecos, incorporando los efectos significativos de la ionización por impacto. Al emplear este enfoque de simulación, podemos derivar con precisión las características de corriente-voltaje (I-V) de la estructura con polarización inversa, incluidos análisis detallados de los fenómenos de ruptura.
El modelo geométrico empleado en nuestro estudio supone que la capa de polisilicio está compuesta por una secuencia de cristalitos con tamaños medios de grano bien definidos. Estos cristalitos están separados por límites de grano laterales que corren paralelos a la unión metalúrgica, lo que influye en el comportamiento eléctrico general del diodo. Los resultados de nuestra simulación brindan información crítica sobre el impacto de estos límites de grano en el rendimiento del diodo, destacando el papel de los centros de captura y su efecto en la distribución del campo eléctrico y la dinámica del portador dentro del dispositivo.
Además, este estudio analiza las implicaciones de nuestros hallazgos para el diseño y la optimización de componentes electrónicos basados ​​en polisilicio, sugiriendo mejoras potenciales en la fabricación y el rendimiento del dispositivo. El análisis exhaustivo presentado en este artículo no sólo mejora la comprensión de los diodos PIN de polisilicio sino que también contribuye al campo más amplio de la ingeniería de dispositivos semiconductores.