radioelectronicsИзвестия высших учебных заведений России. РадиоэлектроникаJournal of the Russian Universities. Radioelectronics1993-89852658-4794Saint Petersburg Electrotechnical University10.32603/1993-8985-2018-21-5-51-59radioelectronics-260Research ArticleЭЛЕКТРОНИКА СВЧMICROWAVE ELECTRONICSПРОГРАММИРОВАНИЕ ДВУХБИТНОГО PIN-ДИОДА В СРЕДЕ SYNOPSYS SENTAURUS TCADPROGRAMMING 2-BIT PIN DIODE IN SYNOPSYS TCADДаниленкоА. А.DanilenkoAlexander A.

Даниленко Александр Александрович – бакалавр по направлению "Электроника и наноэлектроника" (2018), магистрант 1-го курса Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета "ЛЭТИ" им В. И. Ульянова (Ленина). Автор одной научной публикации. Сфера научных интересов – моделирование устройств микроэлектроники в среде Synopsys Sentaurus TCAD.

ул. Профессора Попова, д. 5, Санкт-Петербург, 197376, Россия

Alexander A. Danilenko – Bachelor’s Degree in Electronics and Nanoelectronics (2018), Master’s Degree Student of Saint Petersburg Electrotechnical University "LETI". The author of 1 scientific publications. Area of expertise: simulation of microelectronics devices in the Synopsys Sentaurus TCAD environment.

5, Professor Popov Str., 197376, St. Petersburg, Russia

arguna96@yandex.ruСтрыгинА. В.StryginAnton V.

Стрыгин Антон Владимирович – бакалавр по направлению "Электроника и наноэлектроника" (2018), магистрант 1-го курса Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета "ЛЭТИ" им В. И. Ульянова (Ленина). Автор одной научной публикации. Сфера научных интересов – моделирование устройств микроэлектроники в среде Synopsys Sentaurus TCAD.

ул. Профессора Попова, д. 5, Санкт-Петербург, 197376, Россия

Anton V. Strygin – Bachelor’s Degree in Electronics and Nanoelectronics (2018), Master’s Degree Student of Saint Petersburg Electrotechnical University "LETI". The author of 1 scientific publications. Area of expertise: simulation of microelectronics devices in the Synopsys Sentaurus TCAD environment.

5, Professor Popov Str., 197376, St. Petersburg, Russia

golden_raccoon@mail.ruМихайловН. И.MikhailovNikolay I.

Михайлов Николай Иванович – кандидат физико-математических наук (1982), доцент (1985) кафедры физической электроники и технологии Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета "ЛЭТИ" им В. И. Ульянова (Ленина). Автор более 25 научных работ. Сфера научных интересов – математическое и компьютерное моделирование полупроводниковых приборов.

ул. Профессора Попова, д. 5, Санкт-Петербург, 197376, Россия

Nikolai I. Mikhailov – Ph.D. in Physics and Mathematics (1982), Assotiate Professor (1985) of the Department of Physical Electronics and Technology of Saint Petersburg Electrotechnical University "LETI". The author of more than 25 scientific publications. Area of expertise: mathematical and computer simulation of semiconductor devices.

5, Professor Popov Str., 197376, St. Petersburg, Russia

miknikiv51@gmail.comПерепеловскийВ. В.PerepelovskyVadim V.

Перепеловский Вадим Всеволодович – кандидат физико-математических наук (1992), доцент (1995) кафедры физической электроники и технологии Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета "ЛЭТИ" им В. И. Ульянова (Ленина). Автор более 30 научных публикаций. Сфера научных интересов – моделирование приборов твердотельной электроники.

ул. Профессора Попова, д. 5, Санкт-Петербург, 197376, Россия

Vadim V. Perepelovsky – Ph.D. in Physics and Mathematics (1992), Assotiate Professor (1995) of the Department of Physical Electronics and Technology of Saint Petersburg Electrotechnical University "LETI". The author of more than 30 scientific publications. Area of expertise: simulation of solid-state electronics devices.

5, Professor Popov Str., 197376, St. Petersburg, Russia

vvperepelovsky@gmail.comПаничевЯ. Н.PanichevYaroslav N.

Паничев Ярослав Николаевич – магистр по направлению "Физическая электроника" (2016) Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина). Инженер-технолог производства кварцевых резонаторов в АО "Морион". Автор четырех научных публикаций. Сфера научных интересов – моделирование приборов твердотельной электроники.

просп. КИМа, 13А, Санкт-Петербург, 199155, Россия

Yaroslav N. Panichev – Master’s Degree in Physical Electronics (2016) of Saint Petersburg Electrotechnical University "LETI". Quartz resonator production engineer in JSC "Morion". The author of 4 scientific publications. Area of expertise: simulation of solid-state electronics devices.

13A, KIM Pr., 199155, St. Petersburg, Russia

ynpanichev@gmail.comМарочкинВ. В.MarochkinVladislav V.

Марочкин Владислав Викторович – кандидат физико-математических наук (2016, Финляндия), менеджер проектов в компании Pixpolar. Автор 10 научных работ. Сфера научных интересов – моделирование приборов твердотельной электроники.

10, Metallimiehenkuja, c/o Regus Kora, 02150, Espoo, Finland

Vladislav V. Marochkin – Ph.D. in Physics and Mathematics (2016, Finland), Project Manager for Pixpolar Oy. The author 10 scientific publications. Area of expertise: simulation of solid-state electronics devices.

10, Metallimiehenkuja, c/o Regus Kora, 02150, Espoo, Finland

vladislav.marochkin@gmail.comИвановВ. Л.IvanovVladimir L.

Иванов Владимир Леонидович – кандидат технических наук (1988), старший научный сотрудник (1991), доцент кафедры теплофизики и теоретических основ теплохладотехники Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики. Автор более 50 научных работ. Сфера научных интересов – моделирование объектов и систем управления, энергоресурсосберегающие технологии.

ул. Ломоносова, д. 9, Санкт-Петербург, 191002, Россия

Vladimir L. Ivanov – Ph.D. in Engineering (1988), Senior Researcher (1991), Associate Professor of the Department of Thermal Physics and Theoretical Foundations of Thermal Engineering of ITMO University The author of more than 50 scientific publications. Area of expertise: modeling of objects and control systems; energy-saving technologies.

9, Lomonosova Str., 191002, St. Petersburg, Russia

v78432@mail.ruСанкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина)РоссияSaint Petersburg Electrotechnical University "LETI"Russian FederationПАО “Морион”РоссияJSC "Morion"Russian FederationPixpolar OyФинляндияPixpolar OyFinlandСанкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптикиРоссияITMO UniversityRussian Federation201828102018055159Copyright © Даниленко А.А., Стрыгин А.В., Михайлов Н.И., Перепеловский В.В., Паничев Я.Н., Марочкин В.В., Иванов В.Л., 20182018Даниленко А.А., Стрыгин А.В., Михайлов Н.И., Перепеловский В.В., Паничев Я.Н., Марочкин В.В., Иванов В.Л.Danilenko A.A., Strygin A.V., Mikhailov N.I., Perepelovsky V.V., Panichev Y.N., Marochkin V.V., Ivanov V.L.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://re.eltech.ru/jour/article/view/260

Статья посвящена моделированию двухбитного pin-диода. Показана возможность программирования времени открытия устройства на основе pin-диода. Рассмотрена конструкция, состоящая из pin-диода и двух плавающих затворов на поверхности i-области. Добавление электродов на поверхность i-области дает возможность регулировать концентрацию электронов и дырок в больших пределах в сравнении с однозатворной структурой, создавая обогащенные и обедненные области в структуре. Программирование осуществляется подачей соответствующего напряжения на управляющие электроды плавающих затворов. Показано, что создаваемый на плавающем затворе заряд изменяет характеристики i-области pin-диода.Важными элементами комплексного моделирования двухзатворного pin-диода являются моделирование механизма накопления заряда на плавающих затворах, моделирование времени открытия pin-диода, калибровка численной модели. Моделирование выполнено в среде Synopsys Sentaurus TCAD. При моделировании были использованы физические модели, описывающие ловушки и их параметры, туннелирование частиц, явления переноса в диэлектриках и аморфных пленках. В результате моделирования получены зависимости времени открытия от размеров, расположения плавающих затворов и значения заряда на плавающих затворах.Показано, что двухзатворные структуры pin-диода позволяют изменять время открытия в более широких пределах, чем однозатворные. Для программирования большого диапазона времен открытия pin-диода целесообразно использовать именно двухзатворные структуры. Полученные результаты свидетельствуют о расширении функциональных возможностей двухзатворной структуры.

The article is devoted to the modeling of a two-bit pin-diode. The possibility of programming opening time of the device based on the pin-diode is shown. The design consisting of a pin diode and two floating gates on the surface of i-region is considered. The addition of electrodes to the surface of the i-region makes it possible to regulate the concentration of electrons and holes within the larger limits in compare with the single-gate structure creating enriched and depleted are-as in the structure. Programming is carried out by applying the appropriate voltage to the control electrodes of the floating gates. It is shown that the charge generated on the floating gate changes characteristics of the i-region of the pin diode.The key elements of complex simulation of the two-gate pin diode are simulation of charge accumulation mechanism on the floating gate, simulation of pin-diode opening time and calibration of numerical model. Simulation is performed in Synopsys Sentaurus TCAD. Physical models describing traps and their parameters, particle tunneling, transport phenomena in dielectrics and amorphous films are used in simulation. As a result of modeling, the opening time dependences on size, floating gate location and floating gate charge magnitude are obtained.It is shown that the pin-diode 2-gate structures allow to change the opening time in a wider range than the single-gate ones. To program a large range of pin-diode opening times, it is 2 gate structure that is advisable to use. The obtained results indicate that it is possible to implement a two-bit programming pin-diode and expand its functionality.

pin-диодпрограммируемый pin-диодSynopsys Sentaurus TCADплавающий затворpin-diodeprogrammable pin-diodeSynopsys Sentaurus TCADfloating gateReferencesМакаров Е. А., Мясников А. М. Приборно-технологическое моделирование с помощью пакета Sentaurus TCAD: учеб.-метод. пособие. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2008. 115 с.Makarov E. A., Myasnikov A. M. Priborno-tekhnologicheskoe modelirovanie s pomoshch'yu paketa Sentaurus TCAD [Instrument-Based Simulation Using the Sentaurus TCAD Package]. Novosibirsk, Izd-vo NGTU, 2008, 115 p. (In Russian)Перепеловский В. В., Михайлов Н. И., Марочкин В. В. Разработка электронных устройств в среде Synopsys Sentaurus TCAD: лаб. практикум. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2010. 52 с.Perepelovskii V. V., Mikhailov N. I., Marochkin V. V. Razrabotka elektronnykh ustroistv v srede Synopsys Sentaurus TCAD [Development of Electronic Devices in Synopsys Sentau-rus TCAD Environment]. SPb., Izd-vo SPbGETU "LETI", 2010, 52 p. (In Russian)Перепеловский В. В., Михайлов Н. И., Марочкин В. В. Введение в приборно-технологическое моделирование устройств микроэлектроники: лаб. практикум. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2011. 49 с.Perepelovskii V. V., Mikhailov N. I., Marochkin V. V. Vvedenie v priborno-tekhnologicheskoe modelirovanie ustroistv mikroelektroniki [Introduction to Instrument-Technological Modeling of Microelectronic Devices]. SPb., Izd-vo SPbGETU "LETI", 2011, 49 p. (In Russian)Макарчук В. В., Курейчик В. М., Зотов С. К. Особенности применения системы технологического моделирования TCAD // Инженерный вестн. 2012. Вып. 9. С. 1–7.Makarchuk V. V., Kureichik V. M., Zotov S. K. Application Features of Technological Modeling System TCAD. Inzhenernyi vestnik [Engineering Bulletin]. 2012, iss. 9, pp. 1–7. (In Russian)Окунев А. Ю., Левицкий А. А. Моделирование диодной структуры в среде. URL: http://conf.sfu-kras.ru/sites/mn2014/pdf/d03/s24/s24_014.pdf (дата обращения 07.11.2018)Okunev, A. Yu. Levitskii A. A. Modeling Diode Structure in the Environment. Available at: http://conf.sfu-kras.ru/sites/mn2014/pdf/d03/s24/s24_014.pdf (accessed: 07.11.2018) (In Russian)Глушко А. А. Приборно-технологическое моделирование в системе TCAD Sentaurus: учеб.-метод. пособие. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2015. 64 с.Glushko A. A. Priborno-tekhnologicheskoe modelirovanie v sisteme TCAD Sentaurus [Instrument and Technological Modeling in TCAD Sentaurus System]. Мoscow, Izd-vo MGTU im. N. E. Baumana, 2015, 64 p. (In Russian)Основы работы в среде приборно-технологической САПР SENTAURUS: учеб.-метод. пособие / Р. П. Алексеев, Е. Н. Бормонтов, Г. В. Быкадорова, А. Ю. Ткачев, А. Н. Цоцорин. Воронеж: Изд-во ВГУ, 2017. 96 с.Alekseev R. P., Bormontov E. N., Bykadorova G. V., Tkachev A. Yu., Tsotsorin A. N. Osnovy raboty v srede priborno-ekhnologicheskoi SAPR SENTAURUS [Basiс Operation in CAD SENTAURUS]. Voronezh, Izd-vo VGU Voronezh, 2017, p. 96. (In Russian)SentaurusTM Device User Guide, Version K-2015.06. URL: http://www.sentaurus.dsod.pl/manuals/ data/sdevice_ug.pdf (дата обращения 07.11.2018)SentaurusTM Device User Guide, Version K-2015.06. Available at: http://www.sentaurus.dsod.pl/ manuals/data/sdevice_ug.pdf (accessed: 07.11.2018)Ultra Low Loss Trench Gate PCI-PiN Diode with VF<350mV. URL: https://ieeexplore.ieee.org/document /5890796/ (дата обращения 07.11.2018)Ultra Low Loss Trench Gate PCI-PiN Diode with VF<350mV. Available at: https://ieeexplore.ieee.org/ document/5890796/ (accessed: 07.11.2018)Responsivity Improvement for Short Wavelenghts Using Full-Gated PIN Lateral SiGe Diode. URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/7731366/ (дата обращения 07.11.2018)Responsivity Improvement for Short Wavelenghts Using Full-Gated PIN Lateral SiGe Diode. Available at: https://ieeexplore.ieee.org/document/7731366/ (accessed: 07.11.2018)Программирование однозатворного PIN диода / Д. В. Щукин, Я. Н. Паничев, Н. И. Михайлов, В. В. Перепеловский, В. В. Марочкин // Сб. стат. VI Всерос. конф. " Электроника и микроэлектроника СВЧ". СПб.: Изд-во СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2017. С. 475–477.Shchukin D. V., Panichev Ya. N., Mikhailov N. I., Perepelovskii V. V., Marochkin V. V. Programmirovanie odnozatvornogo PIN diode [Programming Single Gate PIN Diode]. Collected papers of VI All-Russia conf. "Electronics and Microelectronics Microwave". SPb., Izd-vo SPbGETU "LETI", 2017, pp. 475–477. (In Russian)Study of Device Physics in Impact Ionisation MOSFET using Synopsys TCAD tools. URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/7002450/ (дата обращения 07.11.2018)Study of Device Physics in Impact Ionisation MOSFET using Synopsys TCAD tools. Available at: https://ieeexplore.ieee.org/document/7002450/ (accessed: 07.11.2018)Feasibility Study of Semifloating Gate Transistor Gamma-Ray Dosimeter / Ying Wang, Zhi-Qiang Xiang, Hai-Fan Hu, Fei Cao // IEEE Electron Device Letters. 2015. Vol. 36, No 2. P. 99–101.Ying Wang, Zhi-Qiang Xiang, Hai-Fan Hu, Fei Cao. Feasibility Study of Semifloating Gate Transistor Gamma-Ray Dosimeter. IEEE Electron Device Letters. 2015, vol. 36, no. 2, pp. 99–101.A Semifloating Gate Controlled Camel Diode Radiation Dosimeter/ Ying Wang, Zhi-Qiang Xiang, Yue Hao, and Cheng-Hao Yu // IEEE Transactions on Electron Devices. 2016. Vol. 63, No 5. P. 2200–2204.Ying Wang, Zhi-Qiang Xiang, Yue Hao, and Cheng-Hao Yu. A Semifloating Gate Controlled Camel Diode Radiation Dosimeter. IEEE Transactions on Electron Devices. 2016, vol. 63, no. 5, pp. 2200–2204.Shin-ichi Minami, Yoshiaki Kamigaki. A Novel MONOS Nonvolatile Memory Device Ensuring 10-Year Data Retention after 10’ Erase/Write Cycles // IEEE Transactions on Electron Devices. 1993. Vol. 40, No 11. P. 2011–2017.Shin-ichi Minami, Yoshiaki Kamigaki. A Novel MONOS Nonvolatile Memory Device Ensuring 10-Year Data Retention after 10’ Erase/Write Cycles. IEEE Transactions on Electron Devices. 1993, vol. 40, no. 11, pp. 2011–2017.Новиков Ю. Н. Энергонезависимая память, основанная на кремниевых нанокластерах // Физика и техника полупроводников. 2009. Т. 43, вып. 8. С. 1078–1083.Novikov Yu. N. Non-volatile memory based on silicon nanoclusters. Semiconductors. 2009, vol. 43, iss. 8, pp. 1078–1083. (In Russian)Memristive device based on a depletion-type SONOS field effect transistor / N. Himmel, M. Ziegler, H. Mähne, S. Thiem, H. Winterfeld, H. Kohlstedt // Semiconductor Science and Technology. 2017. Vol. 32, No 6. article id. 06LT01. doi: 10.1088/1361-6641/aa6c86Himmel N., Ziegler M., Mähne H., Thiem S., Winterfeld H., Kohlstedt H. Memristive device based on a depletion-type SONOS field effect transistor. Semiconductor Science and Technology. 2017, vol. 32, no. 6, article id. 06LT01. doi: 10.1088/1361-6641/aa6c86

The authors declare that there are no conflicts of interest present.