Проводимость в высоколегированном кремнии на СВЧ, Потери от поляризации Опции

[Stefan1]

Добрый день.
Если на брусок полупроводника заземленный с одной стороны пустить СВЧ ток - как можно классифицировать потери в нем?
Как я понимаю, во-первых, это потери от протекания тока в скин слое полупроводника (высоколегированного кремния с удельным сопротивлением 0,001 Ом*см). С этим все понятно.
А во-вторых есть еще потери от поляризации, но на сколько большой вклад они вносят всуммарные потери на частотах порядка 3 ГГц не понятно. Подскажите пожалуйста с этим вопросом.

Сообщение отредактировал Stefan1 - Jul 27 2016, 06:28

[saab]

Добрый день.
Если на брусок полупроводника заземленный с одной стороны пустить СВЧ ток - как можно классифицировать потери в нем?
Как я понимаю, во-первых, это потери от протекания тока в скин слое полупроводника (высоколегированного кремния с удельным сопротивлением 0,001 Ом*см). С этим все понятно.
А во-вторых есть еще потери от поляризации, но на сколько большой вклад они вносят всуммарные потери на частотах порядка 3 ГГц не понятно. Подскажите пожалуйста с этим вопросом.

Вопрос не ясен. Как вы в проводник, пусть даже полу, запустите две поляризации СВЧ.
Желательно чертежик.
Это же вам не круглый волновод.

[Stefan1]

Вопрос не ясен. Как вы в проводник, пусть даже полу, запустите две поляризации СВЧ.
Желательно чертежик.
Это же вам не круглый волновод.

К примеру, плоский конденсатор заполнен полупроводником. На СВЧ по периметру этого полупроводнику образуется скин слой.
Под потерями на поляризацию имею ввиду то, что на переменном сигнале в полупроводнике диполи (молекулы или что-то еще)
крутятся вслед за сигналом, если они не успевают за сигналом, возникает задержка. При этом потери описываются тангенсом дельта.

Сообщение отредактировал Stefan1 - Jul 27 2016, 09:53

[saab]

К примеру, плоский конденсатор заполнен полупроводником. На СВЧ по периметру этого полупроводнику образуется скин слой.
Под потерями на поляризацию имею ввиду то, что на переменном сигнале в полупроводнике диполи (молекулы или что-то еще)
крутятся вслед за сигналом, если они не успевают за сигналом, возникает задержка. При этом потери описываются тангенсом дельта.

Неописуемый тангенс дельта, описывает не только потери, но и мнимую часть эпсилон
коим он и является.
Нет в кремнии доменов крутящихся вслед, это вполне кристаллическая структура, особенно регулярная и чистая в эпитаксиальном слое, без всяка рода дислокаций и прочих дефектов. Скин эффекты образуются при протекании тока. Глубина проникновения зависит от частоты.
К слову сказать, что полупроводниковый эффект присутствует много где. В.ч в органике, там где что то реально крутится.

[alexunder]

Вопрос не ясен. Как вы в проводник, пусть даже полу, запустите две поляризации СВЧ.
Желательно чертежик.
Это же вам не круглый волновод.

Предполагаю, речь идёт о том, что сильно легированный ПП обладает металлической проводимостью (что и имеет место быть для n++ слоёв) и может рассматриваться как проводящая плоскость.

[Stefan1]

Предполагаю, речь идёт о том, что сильно легированный ПП обладает металлической проводимостью (что и имеет место быть для n++ слоёв) и может рассматриваться как проводящая плоскость.

Это во-первых. А во-вторых, на сколько я понимаю есть еще проводимость, связанная с поляризацией полупроводника и, как следствие, с потерями от поляризации. Вот эти потери и интересуют - на сколько они существенны. Как посчитать их?

[alexunder]

Это во-первых. А во-вторых, на сколько я понимаю есть еще проводимость, связанная с поляризацией полупроводника и, как следствие, с потерями от поляризации. Вот эти потери и интересуют - на сколько они существенны. Как посчитать их?

В сильно-легированном ПП наличиствует море свободных электронов, делокализованных при комнатной температуре - рассматривайте такой объект как металл. Соответственно, все эффекты, присущие металлу, в данном случае будут воспроизводиться в таком полупроводнике.
Описанное выше применимо к равномерно легированному бруску кремния, как например, сильно-легированные пластины. Но в таком случае Ваша фраза "К примеру, плоский конденсатор заполнен полупроводником" не очень ясна.
Если же вы говорите за кремниевую пластину с тонким легированным слоем у поверхности или SOI, то это уже другая история.

[saab]

Это во-первых. А во-вторых, на сколько я понимаю есть еще проводимость, связанная с поляризацией полупроводника и, как следствие, с потерями от поляризации. Вот эти потери и интересуют - на сколько они существенны. Как посчитать их?

Обана вы так неясно выражаетесь и в суе упоминаете "поляризацией полупроводника."
Ладно, открываем библиотеку и там имеем типо Si типо окисел? типо ПП?
Ну нет у металлов поляризаций, по крайней мере я не вкурсе.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Stefan1]

В сильно-легированном ПП наличиствует море свободных электронов, делокализованных при комнатной температуре - рассматривайте такой объект как металл. Соответственно, все эффекты, присущие металлу, в данном случае будут воспроизводиться в таком полупроводнике.
Описанное выше применимо к равномерно легированному бруску кремния, как например, сильно-легированные пластины. Но в таком случае Ваша фраза "К примеру, плоский конденсатор заполнен полупроводником" не очень ясна.
Если же вы говорите за кремниевую пластину с тонким легированным слоем у поверхности или SOI, то это уже другая история.

То есть Вы предлагаете принебречь поляризацией и потерями с ней связанными? Хотелось бы физику до конца понять...
Может быть я действительно ввел в заблуждение. Конденсатор - это я обстрактно выразился . Если привязываться к реальности - то речь идет о МОП конденсаторе толщиной 100 мкм. Габаритные размеры - 4х1 мм. То есть это высоколегированный кремний (подложка) со слоем SiO2 и на самом верху металл. С низу подложка напаивается на металлический фланец.

Ладно, открываем библиотеку и там имеем типо Si типо окисел? типо ПП?
Ну нет у металлов поляризаций, по крайней мере я не вкурсе.

У меня есть статья, где пишут, что есть в полупроводниках потери на поляризацию (могу скинуть статью).

Сообщение отредактировал Stefan1 - Jul 27 2016, 14:22

[saab]

То есть Вы предлагаете принебречь поляризацией и потерями с ней связанными? Хотелось бы физику до конца понять...
Конденсатор - это я обстрактно выразился. Если привязываться к реальности - то речь идет о толщине полупроводника 100 мкм, габаритные размеры - 4х1 мм. С двух сторон (4х1 мм) у него находится металл.


У меня есть статья, где пишут, что есть в полупроводниках потери на поляризацию (могу скинуть статью). В библиотеке ей принебрегают скорее всего.

Я вам могу даже посчитать глубину проникновения тока в металл. На 5Гигах это менее 5 микрон.

[Stefan1]

Я вам могу даже посчитать глубину проникновения тока в металл. На 5Гигах это менее 5 микрон.

Это понятно. Но есть же у кремния тангенс угла диэлектрических потерь. В справочниках цказывают - 0,009 на 14 ГГц.

[saab]

Это понятно. Но есть же у кремния тангенс угла диэлектрических потерь. В справочниках цказывают - 0,009 на 14 ГГц.

Мдя и эпсилон 11.9 на еще больших частотах.
Но это параметры диэлектрика и замечу очень хорошего диэлектрика.

[alexunder]

То есть Вы предлагаете принебречь поляризацией и потерями с ней связанными? Хотелось бы физику до конца понять...

А что в металлическом кремнии может поляризоваться? Это же не диэлектрик, не жидкий кристалл - диполей в нем нет

Может быть я действительно ввел в заблуждение. Конденсатор - это я обстрактно выразился . Если привязываться к реальности - то речь идет о МОП конденсаторе толщиной 100 мкм. Габаритные размеры - 4х1 мм. То есть это высоколегированный кремний (подложка) со слоем SiO2 и на самом верху металл. С низу подложка напаивается на металлический фланец.

то есть в вашем эксперименте на МОП конденсатор подается AC напряжение?

У меня есть статья, где пишут, что есть в полупроводниках потери на поляризацию (могу скинуть статью).

Давайте, посмотрим.

[fider]

Если вопрос касается сильно легированного (вырожденного) полупроводника (полуметалла), то вряд ли надо обращать внимание на поляризацию, даже если она могла бы быть.
Достаточно учитывать просто ток проводимости и ток смещения (на ВЧ / СВЧ) в рамках обычной локально-полевой модели.

[Stefan1]

то есть в вашем эксперименте на МОП конденсатор подается AC напряжение?

Да

Давайте, посмотрим.

Статья:
 ______________________________________________________________________.doc ( 4.42 мегабайт ) Кол-во скачиваний: 97


Сообщение отредактировал Stefan1 - Jul 28 2016, 06:27

[saab]

Да

Статья:
 ______________________________________________________________________.doc ( 4.42 мегабайт ) Кол-во скачиваний: 97

Толк со всего этого нулевой. Пробежал по диагонали. СВЧ для них это 100MHz максимум 500 MHz.
Статья 82 года работали в 70Х. Сейчас магистральный путь другой, это так какая то грунтовка
сбоку кароче нкпр. Вы то сам кто? МИЭТ ...?

потери на поляризацию (могу скинуть статью)

Не нашел оных. Вихревые токи есть, токи смещения тоже и что то там еще. И ни одного слова про поляризацию. Может определимся в терминах, что вы понимаете под этим.

[Stefan1]

Толк со всего этого нулевой. Пробежал по диагонали. СВЧ для них это 100MHz максимум 500 MHz.
Статья 82 года работали в 70Х. Сейчас магистральный путь другой, это так какая то грунтовка
сбоку кароче нкпр. Вы то сам кто? МИЭТ ...?

Там для двух случаев рассматриваются потери: для низких частот и для высоких со скин слоем в кристалле.
А на 500 МГц скин слой был бы толще кристалла, так что для второго случая частоты повыше будут.
Ну понятно, что сейчас все это можно в программе посчитать точнее, но электродинамика то везде одинаковая...
Пульсар.

[saab]

В толк не возьму, что вам нужно посчитать.

[Stefan1]

В толк не возьму, что вам нужно посчитать.

Потери в МОП конденсаторе на СВЧ.

[saab]

Потери в МОП конденсаторе на СВЧ.

Этого мало Частота, рисунок бондинга + материалы и возможные паразиты.
В CST такие вещи считаются. Но не уверен, что у меня будет время, уж больно "тяжелый" клиент попался.

[alexunder]

Статья:
 ______________________________________________________________________.doc ( 4.42 мегабайт ) Кол-во скачиваний: 97

Спасибо. В начале темы вы говорите о потерях из-за поляризации, это и вызвало недоумение. В статье же идет речь совсем о другом, а именно, о потерях, связанных с наведенными вихревыми токами (токи Фуко), возникающими в объеме полупроводника под действием СВЧ.
Поляризация присходит в диэлектриках, но никак не в монокристаллических (и тем более сильнолегированных) полупроводниках (рекомендую старый но хороший учебник для ВУЗов Фрелих Г. Теория диэлектриков). Исключения: собственные неорганичекие полупроводниковые материалы при низких температурах или, как упомянул выше saab, органические полупроводники с малой подвижностью носителей заряда.
Судя по тому, что в конце статьи приводится в пример именно сильнолегированный ПП, то описываемые процессы вполне актуальны, что не удивительно, ведь токи Фуко - классическое явление для любой металлической поверхности. Тем не менее, в статье речь идет о несколько ином эксперименте: модель проволоки над ПП кристалом, обсуждаются потери, связанные с близостью и геометрией этой проволоки к кристаллу полупроводникового материала. Тема актуальная для комбинированных СВЧ устройств и схем (см комметарий saab про бондинг и пр).
У вас же просто МОП конденсатор, на который подается переменной напряжение. Мне, если честно, не до конца понятно, что именно вы хотите определить. Однако я и не специалист в СВЧ, так что не обессудьте.
Как уже упоминалось выше, рассматривайте ваш объект как обычный плоский конденсатор: SiO2 плоскость с металлическими обладками.

[Stefan1]

Поляризация присходит в диэлектриках, но никак не в монокристаллических (и тем более сильнолегированных) полупроводниках (рекомендую старый но хороший учебник для ВУЗов Фрелих Г. Теория диэлектриков). Исключения: собственные неорганичекие полупроводниковые материалы при низких температурах или, как упомянул выше saab, органические полупроводники с малой подвижностью носителей заряда...

Спасибо за развернутый ответ.
Однако в статье на стр 56 есть все же слова про поляризацию:


Сообщение отредактировал Stefan1 - Jul 29 2016, 06:15

[saab]

Спасибо за развернутый ответ.
Однако в статье на стр 56 есть все же слова про поляризацию:

ИМХО нет у поляризации тока, но есть общие потери. ИМХО описка, имели ввиду токи смещения? Задача предельно простая: бондинг и ПП структура и разведена теория на уровне Нобелевки и все не то.

[fider]

По поводу тока поляризации - посмотрите, например, книгу:
Абрагам-Беккер. Теория электричества.
 Bekker.rar ( 8.06 мегабайт ) Кол-во скачиваний: 40

Параграф 44: Ток проводимости. Ток смещения. Ток поляризации.
В статье ток поляризации связан с переносом зарядов (электронов или дырок), а не с диполями, как в диэлектриках, на что совершенно справедливо указали saab и alexunder.
И сама формула для плотности тока - это по сути уравнение непрерывности для плотности тока, только в скалярной форме.
Похоже, что авторы статьи писали ее отталкиваясь больше от электродинамики.
А если интересно как это выглядит со стороны полупроводника, можно посмотреть, например, книгу:
Мулярчик С.Г. Численное моделирование микроэлектронных структур.

[Onkel]

Спасибо за развернутый ответ.
Однако в статье на стр 56 есть все же слова про поляризацию:

После того как примесные уровни слились с зонными, пп ( в нашем случае уже сильно легированный полупроводник) уже не полупроводник, а металл. Так что формулы для собственного пп уже и неприменимы, как правило.

[Stefan1]

В статье ток поляризации связан с переносом зарядов (электронов или дырок), а не с диполями, как в диэлектриках, на что совершенно справедливо указали saab и alexunder.
И сама формула для плотности тока - это по сути уравнение непрерывности для плотности тока, только в скалярной форме.

Похоже этого я и не понимал, буду разбираться.
Спасибо всем за помощь.