Verification of a Fabless Device Model Using TCAD Tools: from Bipolar Transistor Formation to I-V Characteristics Extraction

Verificación de un modelo de dispositivo sin defectos utilizando herramientas TCAD: desde la formación de transistores bipolares hasta la extracción de características I-V

Este artículo describe el análisis de los procesos utilizados en la fabricación de dispositivos de micro y nanoelectrónica. También presenta un ejercicio de laboratorio ejemplar y novedoso en el que se ilustra y analiza paso a paso un transistor bipolar plano n + p nepitaxial con aislamiento de unión. Solo se utilizan siete pasos de fotolitografía para obtener esta estructura de transistor bipolar:para la formación de capas enterradas, para el aislamiento del transistor de unión y la formación de regiones colectoras, para la formación de regiones base, para la formación de regiones emisoras y colectoras n+, para ventanas de contacto, para la primera metalización de aluminio, y finalmente para pasivación. Las herramientas de software Silvaco TCAD se utilizan para implementar todos estos procesos de fabricación y para simular las características I-V resultantes de todas las estructuras de semiconductores presentadas. Este tipo de trabajo de laboratorio proporciona a los estudiantes conocimientos básicos y una comprensión constante de la fabricación de transistores bipolares. Asimismo, este estudio facilita la comprensión teórica, el análisis y la simulación de varios procesos de fabricación de semiconductores sin la necesidad de experimentos de fabricación tecnológicos costosos y largos. Este artículo también presenta las conclusiones y otros beneficios de dicho trabajo de laboratorio, así como posibles recomendaciones para una su mejora o expansión.

INTRODUCCIÓN

Uno de los rasgos más característicos del progreso científico y técnico actual es el grado de utilización de dispositivos electrónicos en numerosas actividades humanas, que van desde la salud personal hasta la seguridad pública, pasando por la industria aeroespacial y la defensa. La base elemental de tales dispositivos electrónicos está constituida por transistores, diodos, resistencias, condensadores y otros elementos diseñados e implementados en la microelectrónica avanzada y, más tarde, en la nanoelectrónica. Basándose en investigaciones científicas recientes, en el análisis económico de las tendencias del mercado y en su contribución a los retos sociales, las Tecnologías Facilitadoras Clave (TFE) de la Unión Europea (UE) incluyen la microelectrónica y la nanoelectrónica, la nanotecnología, la fotónica, los materiales avanzados, la biotecnología industrial y las tecnologías avanzadas de fabricación (Comisión Europea, 2012). Estas tecnologías son un motor de desarrollo económico y tecnológico, así como un importante impulsor de la innovación. En 2015, el mercado mundial de las TFE se estimó en más de 1 billón de euros, mientras que la exportación de productos de TFE de la UE representó hasta el 23% de las exportaciones de todo el mundo. Las TFE también tienen un gran potencial de crecimiento y empleo: en los próximos años, cabe esperar un potencial de crecimiento del 10-20% (Comisión Europea, 2013; Comisión Europea, 2015).