PN结二极管正向欧姆损耗仿真分析

本推文针对读者提出的两个问题进行系统解答，一是关于二极管正向导通期间的欧姆损耗，二是如何把测试的数据导入仿真软件，便于不断调整条件后，实现仿真与实测的便捷对比。

PART 01

PN结二极管正向欧姆损耗

问题描述

仿真分析

有的用户在仿真一个简单的二极管结构时发现，当PN结两边的掺杂浓度较淡时，二极管的正向导通特性曲线不是一直指数形式上升的，而把PN结两边浓度增加到足够大时，二极管的正向导通特性曲线才符合预期的指数式增长。这是因为二极管开启后，发生的大注入和电导调制能力受到P区和N区的浓度影响。所谓大注入效应，是指注入某区的非平衡少子的浓度大于该区的平衡多子浓度。如果半导体区域的掺杂较小，接近本征区，微观表现为大注入时到某区的非平衡少子浓度较低，发射或注入效率较低；宏观表现为大注入导致的二极管通态电阻下降程度因轻掺杂区域的存在产生欧姆损耗，除了降低二极管的电流能力，而且会导致电流的增速放缓。从下图仿真结果可以看出，对同一PN结二极管，当P区的浓度和N区的浓度为15次方量级时，二极管的正向导通特性会存在欧姆损耗，导致二极管的正向电流不是随着正向电压指数形式增长。而当P区的浓度和N区的浓度为19次方量级时，二极管的正向导通特性不存在欧姆损耗。

PiN二极管实测曲线

PART 02

测试结果导入仿真

需求描述

方法整理

测试的曲线往往是仿真对比的重要依据，如果每次都把仿真的数据导出，在Excel/Origin中作图对比较为麻烦，不如把测试的数据导入进仿真TCAD工具，使用Svisual打开曲线，这样，仿真就可以方便与测试曲线进行对比，便于仿真结果拟合测试曲线。具体方法是：把如含有Vg和Id两列的IdVg测试数据，点击左上角文件→另存为→Test_Data.csv→通过如共享文件夹放入含有TCAD软件Linux内。在Svisual左上角点Open File，选择Test_Data.csv文件，将Vg放于X轴，将Id放于Y轴即可将测试的结果在Sivusal内绘制出来。后面再把仿真的曲线导入，叠加对比，在校准的时候就显得十分方便。