Полевые датчики Холла на основе КНИ-структуры (КНИ ПДХ) характеризуются расширенными функциональными возможностями, но невысокой магниточувствительностью. Цель настоящих исследований - поиск возможностей повышения магниточувствительности таких датчиков. Представлены результаты исследования магниточувствительных характеристик КНИ ПДХ, полученные с использованием системы приборно-технологического моделирования Synopsys TCAD. Проведено трехмерное моделирование прибора. Получены расчетные холл-затворные характеристики КНИ ПДХ, подтверждающие ранее предложенную физическую модель датчика, в соответствии с которой при определенных условиях функционирования КНИ ПДХ возникает область повышенной магниточувствительности. Исследовано влияние концентрации примеси в рабочем канале датчика на магниточувствительность. Показано, что этот параметр КНИ ПДХ при концентрации примеси фосфора в рабочем слое N =10 см возрастает в три раза. Расширенный динамический диапазон области повышенной магниточувствительности (более 5 В) позволяет увеличить область практического применения датчика, повысив его помехоустойчивость. Полученные расчетные характеристики КНИ ПДХ соответствуют ранее опубликованным параметрам экспериментальных приборов.
Датчики Холла широко применяются для измерения индукции магнитного поля, бесконтактного определения механических и электрических воздействий. Для многофакторного анализа приборных характеристик полевого датчика Холла на основе КНИ-структуры (КНИ ПДХ) целесообразно использовать современные методы математического моделирования. Средствами приборно-технологического моделирования Synopsys TCAD проведен расчет выходных и передаточных характеристик двумерной модели КНИ ПДХ. Получены двумерные распределения концентрации электронов, электрического поля и плотности тока в канале КНИ ПДХ в трех типовых режимах работы датчика - полного обеднения, неполного обеднения и обогащения. Полученные результаты хорошо совпадают с экспериментальными данными и подтверждают физическую модель КНИ ПДХ и особенности работы прибора в области неполного обеднения, при котором образуется проводящий канал в теле КНИ ПДХ. Результаты исследования позволяют детально изучать особенности функционирования КНИ ПДХ.
Проведен анализ особенностей использования средств приборно-технологического моделирования для расчета электрических характеристик элементов интегральных схем в условиях различных внешних воздействий. Выявлены особенности моделей, оказывающие наиболее сильное влияние на результаты моделирования.
Рассмотрены особенности приборно-технологического модели- рования интегральных магниточувствительных элементов в составе микро- и наносистем. Представлены результаты моделирования и оптимизации конструктивно-технологических параметров для магниточувствительных транзисторов, интегральных элементов Холла, формируемых в рамках стандартной КМОП-технологии, полевого датчика Холла на основе КНИ-структур, а также характеристики концентраторов магнитного поля.
Рассмотрены проблемы теплоотвода, тепловые эффекты и явления саморазогрева, возникающие при работе планарных силовых МОП-транзисторов КНИ-типа. С помощью методов приборно-технологического моделирования исследованы характеристики транзисторов и область безопасной работы. Показано, что ограничения области безопасной работы связаны в большей степени с саморазогревом структуры, чем с включением паразитного биполярного транзистора.
Планарные беспереходные МОП-транзисторы, имеющие по сравнению с традиционными приборами ряд преимуществ, формируются на основе КНИ-структуры. В процессе создания КНИ-структуры и последующих технологических операций формирования транзисторов возможно изменение толщины пленки кремния. В работе представлены результаты исследования с помощью приборно-технологического моделирования в системе TCAD влияния толщины пленки кремния КНИ-структуры на основные параметры планарных беспереходных МОП-транзисторов. Показано, что для компенсации деградации характеристик прибора при изменении толщины пленки кремния необходимо изменить концентрацию примеси в кремнии. При толщинах пленки кремния менее 45 нм для этого необходим уровень легирования пленки кремния примесью выше 10см.