D I S S E R T A T I O N

Modellierung von Temperatureinflüssen in Halbleiterbauelementen

ausgeführt zum Zwecke der Erlangung des akademischen Grades
eines Doktors der technischen Wissenschaften
eingereicht an der Technischen Universität Wien
Fakultät für Elektrotechnik

von

Martin Knaipp

Vormosergasse 2/1
A-1190 Wien
Matr.-Nr. 8625897
geboren am 18. April 1966 in Wien

Wien, im September 1998

 

• Kurzfassung
• Abstract
• Symbole
• 1 Einleitung
  • 1.1 Anforderungen
  • 1.2 Begriff der Temperatur
  • 1.3 Selbsterwärmungseffekte
• 2 Gleichungssystemhierarchie
  • 2.1 Die Transportgleichung
  • 2.2 Das Drift-Diffusionsmodell
  • 2.3 Das hydrodynamische Modell
  • 2.4 Die Wärmeleitungsgleichung des Kristallgitters
• 3 Bauteilsimulation mit Selbsterwärmung
  • 3.1 Die Diskretisierung der Wärmeflußgleichung
  • 3.2 Randbedingungsmodelle
    • 3.2.1 Elektrothermische Randbedingungsmodelle
    • 3.2.2 Isothermes Randbedingungsmodell
    • 3.2.3 Randbedingungsmodell eines thermischen Widerstandes
  • 3.3 Das Heterogrenzschichtmodell
  • 3.4 SEEBECK-Effekt, PELTIER-Effekt
  • 3.5 Ausgewählte Beispiele
    • 3.5.1 Thermische Simulation einer Diode
    • 3.5.2 Thermische Simulation einer Fingerstruktur
    • 3.5.3 Thermische Simulation eines SOI-MOSFETs
    • 3.5.4 Thermische Simulation eines Heterobipolartransistors
  • 3.6 Transiente thermische Simulation
    • 3.6.1 Niederfrequente thermische Simulation
    • 3.6.2 Integrale thermische Simulation
• 4 Gittertemperaturabhängige Rekombination/Generation
  • 4.1 Die dynamische Rekombinationsgleichung
  • 4.2 Die Gleichung der Besetzungsfunktion
  • 4.3 Die statische Rekombinationsgleichung
  • 4.4 Rekombination im Drift-Diffusionsmodell
    und im hydrodynamischen Modell
  • 4.5 Beispiel einer Leckstromsimulation
• 5 Feldabhängige Generationsprozesse im Halbleiter
  • Fehlstellenunterstütztes Band zu Band-Tunneln
  • 5.2 Band zu Band-Tunneln
    • 5.2.1 Generation durch Band zu Band-Tunneln
    • 5.2.2 Rekombination durch Band zu Band-Tunneln
  • 5.3 Simulation einer ESAKI-Diode
• 6 Gittertemperaturabhängige Stoßionisation
  • 6.1 Stoßionisation im Drift-Diffusionsmodell
  • 6.2 Stoßionisation im hydrodynamischen Modell
    • 6.2.1 Modellbeschreibung
    • 6.2.2 Implementierung des hydrodynamischen Stoßionisationsmodells
  • 6.3 Kalibrierung des hydrodynamischen Modells mit Hilfe von Substratströmen
  • 6.4 Hydrodynamische Durchbruchsimulation von Schutzstrukturen
• 7 Numerische Aspekte
  • 7.1 Skalierung der Lösungsvariablen
  • 7.2 Konvergenzverhalten des Gleichungslösers
    • 7.2.1 Physikalisches versus numerisches Lösungsverhalten
    • 7.2.2 Abbruchbedingungen, Lösungsmethoden
• 8 Zusammenfassung und Ausblick
• A Berechnung des Rotors der hydrodynamischen treibenden Kraft
• B Berechnung der treibenden Kraft aus der diskretisierten Stromgleichung
• C Ableitung der hydrodynamischen Beweglichkeit
• Literatur
• Eigene Publikationen
• Abbildungsverzeichnis
• Tabellenverzeichnis
• Lebenslauf
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