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Dans un premier temps, nous nous sommes limités à un modèle unidimensionnel de

la jonction PN, selon le schéma de la gure II.10. Nous avons considéré seulement une

jonction à deux dopages diérents, et nous avons laissé les jonctions à trois dopages pour

les perspectives de travail (par exemple les jonctions N+ P P+ ou encore P

métallurgique sera repéréeXJ, représentant l'abscisse où la densité de chargeρ(x)s'annule

ou change de signe (selon le type de dopage choisi) etdest l'abscisse de la n de la région

de diode considérée dans le modèle.

Par convention, nous prendrons une jonction de type N −P, avec l'origine de l'axe à

l'extrémité de la région N. Par changement de repère, il sera ensuite aisé de considérer une

jonction P−N. Cela sera abordé principalement autour de l'absorption des photons.

Pour les niveaux de dopages en profondeur, nous avons considéré et comparé trois

solutions diérentes regroupées en deux types de jonctions :

Tout d'abord pour une jonction abrupte à dopages uniformes : PP(x) = PP0 pour

x > XJ etNN(x) =NN0 pourx < XJ (voir la première gureII.11).

Ensuite une jonction abrupte à dopage gaussien PP(x) = PDop(x) pour x > XJ et

NN(x) =NDop(x)pourx < XJ. Il y a une discontinuité de charge pourx=XJ. Dans

ce cas, on néglige l'inuence de diusion d'un dopage sur l'autre région. Les fonctions

NDop(x) et PDop(x) sont des lois gaussiennes, particulièrement bien adaptées pour

représenter les procédés de diusion (voir la seconde gureII.11).

Enn une jonction continue à dopage gaussien : la densité de chargeρ(x)n'a aucune

discontinuité et s'écrit ρ(x) = q·(NDop(x)−PDop(x)). Il n'y aucune discontinuité

de dopage autour de la jonction métallurgique en x=XJ. Ceci est réprésentatif du

prol de dopage réel issu d'un procédé de fabrication par diusion (voir la troisième

gureII.11).

Figure II.11 Détails des trois prols de dopages considérés : les deux à gauche sont

abruptes, le troisième dopage est continu

que pour le cas d'implantation d'une couche mince en surface dans un solide épais suivie

d'une diusion à l'intérieur de ce solide, nous pouvons exprimer le prol de dopages en

fonction de l'énergie :

NDop(x, t) = √Q

πDt·e

− x2

πDt (II.1)

D représente le coecient de diusion, Q est une image de la quantité d'impuretés

implantées et t représente le temps de diusion. Bien que technologiquement il semble

dicile de mettre en équation si simplement les prols de dopages en fonction seulement des

temps de diusion et de la quantité d'impuretés implantées, nous pouvons suivre dèlement

l'évolution d'un dopage après diusion par une loi statistique de ce type. Nous avons donc

décider de ne pas relier les constantes D, Q et t avec le procédé technologique, car ce

modèle analytique est à lui seul très complexe (qualité de l'implanteur, du four de diusion,

température de diusion, épaisseur de la tranche et non linéarité de la loi en fonction de

la dose implantée et de la profondeur de jonction souhaitée).

Les lois retenues de dopages gaussiens sont donc les suivantes :

NDop(x) =NN0·e

− x2

L2nDif f

PDop(x) =PP0·e

− x2

L2

pDif f

(II.2)

Grâce à ce modèle, il est facile d'ajuster les constantes NN0 etPP0 en fonction du

do-page résiduel en surface, ainsi que Ln,pDif f (notamment grâce à la caractérisation SRP et

une identication). Cette démarche n'est pas une limite à notre démarche de modélisation

analytique générale et elle est transposable à tous les cas, car nous pouvons décrire toutes

les jonctions, même les dopages constants tels que celui du substrat. Pour ceci, il sut

de dénir la constante Ln,pDif f à une grande valeur, correspondant à la région à dopage

constant. Pour les autres types de jonction, il nous faut de toute façon un prol de dopage

de référence avant de se lancer dans tout projet de conception ou de pré-dimensionnement

(en eet, dans tout procédé standard et normalisé, les informations statistiques des prols

de dopages sont disponibles).

Concernant les constantes du Silicium, nous avons utilisé un maximum d'articles de

références, et nous avons regroupé une partie de ces résultats dans la section Notations

en début de ce mémoire de thèse. Nous invitons le lecteur à se réferrer à cette partie,

an de trouver en détail quelles sont les hypothèses qui ont été retenues pour chacune des

constantes utilisées ci-après. Une remarque néanmoins : il reste dicile d'obtenir des

mo-dèles analytiques détaillés de certaines constantes, et nous avons eu recours à des tableaux

de valeurs, auxquels nous avons appliqués une interpolation linéaire, an de générer des

fonctions linéaires. Ceci est le cas par exemple pour les mobilités des trous µp et des

élec-trons µn, an d'établir un modèle dépendant de la concentration des dopants. Le résultat

de cette hypothèse est présenté sur la gure II.12. Nous allons par la suite rappeller et

modéliser quelques phénomènes fondamentaux autour des jonctions PN. Des hypothèses

Figure II.12 Dépendance de la mobilitié en fonction du niveau de dopage et du type de

porteur

An de présenter quelques résultats numériques, nous avons appliqué nos modèles sur

plusieurs exemples :

Cas d'application d NN0 PP0 LnDif f LpDif f XJ T

Abrupte Const. 6µm 1019 5·1016 ∞ ∞ 1µm 300K

Abrupte Gauss 6µm 1019 5·1016 0.3µm 2µm A calculer 300K

Continue Gauss 6µm 1019 5·1016 0.3µm 2µm A calculer 300K

Néanmoins, aucune simplication particulière ne découlera des valeurs de ces exemples ;

notre modélisation se veut généralisable et applicable à la majorité des cas. Nous serons

amenés à eectuer quelques variations sur ces grandeurs géométriques, pour montrer

l'in-uence de phénomènes particuliers, mais ces variations seront précisées à l'endroit

appro-prié.

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