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

Resumo

Neste artigo, apresentamos um programa de simulação bidimensional abrangente concebido para modelar as intrincadas características elétricas dos díodos PIN laterais de polissilício com polarização inversa. A nossa metodologia envolve a resolução numérica de um sistema de equações diferenciais parciais, especificamente a equação de Poisson e as equações de continuidade para eletrões e buracos, incorporando os efeitos significativos da ionização por impacto. Ao empregar esta abordagem de simulação, somos capazes de derivar com precisão as características corrente-tensão (IV) da estrutura com polarização inversa, incluindo análises detalhadas dos fenómenos de rutura.
O modelo geométrico empregue no nosso estudo assume que a camada de polissilício é composta por uma sequência de cristalitos com tamanhos médios de grão bem definidos. Estes cristalitos estão separados por limites de grãos laterais que correm paralelamente à junção metalúrgica, influenciando o comportamento elétrico global do díodo. Os nossos resultados de simulação fornecem informações críticas sobre o impacto destes limites de grão no desempenho do díodo, destacando o papel dos centros de captura e o seu efeito na distribuição do campo elétrico e na dinâmica da portadora dentro do dispositivo.
Além disso, este estudo discute as implicações das nossas descobertas para o design e otimização de componentes eletrónicos baseados em polissilício, sugerindo potenciais melhorias no fabrico e desempenho do dispositivo. A análise abrangente apresentada neste artigo não só melhora a compreensão dos díodos PIN de polissilício, como também contribui para o campo mais amplo da engenharia de dispositivos semicondutores.