silvaco TCAD 仿真速成手册
9SilvacoTCAD器件仿真模块及器件仿真流程
9SilvacoTCAD器件仿真模块及器件仿真流程Silvaco TCAD是一种广泛使用的集成电路（IC）设计和仿真工具，用于开发和研究半导体器件。
它提供了一套完整的器件仿真模块，可以帮助工程师设计、优化和验证各种半导体器件的性能。
本文将介绍几个常用的Silvaco TCAD器件仿真模块，并提供一个简要的器件仿真流程。
1. ATHENA模块：ATHENA是Silvaco TCAD的物理模型模拟引擎，用于模拟器件的结构和物理特性。
它可以通过解决泊松方程、电流连续性方程和能带方程等来计算电子和空穴的分布、电场和电势等物理量。
ATHENA支持多种材料模型和边界条件，可以准确地模拟各种器件结构。
2. ATLAS模块：ATLAS是Silvaco TCAD的设备模拟引擎，用于模拟半导体器件的电学和光学特性。
它可以模拟器件的电流-电压特性、载流子分布、能量带结构和光电特性等。
ATLAS支持各种器件类型，如二极管、MOSFET、BJT和太阳能电池等。
3. UTILITY模块：UTILITY是Silvaco TCAD的实用工具模块，用于处理和分析仿真结果。
它提供了各种数据可视化、数据处理和数据导出功能，帮助工程师分析和优化器件性能。
UTILITY还可以用于参数提取和模型校准，以改进模拟的准确性。
接下来是一个简要的Silvaco TCAD器件仿真流程：2. 设置模拟参数：在进行仿真之前，需要设置模拟所需的参数，如材料参数、边界条件、物理模型和仿真选项等。
可以使用Silvaco TCAD的参数设置工具来设置这些参数。
3. 运行ATHENA模拟：使用ATHENA模块进行结构模拟，通过求解泊松方程和连续性方程，计算出电子和空穴的分布、电场和电势等物理量。
可以使用Silvaco TCAD的命令行界面或图形用户界面来运行ATHENA模拟。
4. 运行ATLAS模拟：使用ATLAS模块进行设备模拟，模拟器件的电学和光学特性。
ATLAS模块可以计算器件的电流-电压特性、载流子分布、能量带结构和光电特性等。
Silvaco TCAD 工艺仿真2资料讲解
Implant boron dose=1e13 energy=50 tilt=0 s.oxide=0.005
Monte Carlo注入：
Implant boron dose=1e13 energy=300 bca tilt=0 rotation=0
注入损伤：
优化
*
extract name="Tox" thickness oxide \ mat.occno=1 x.val=0
tonyplot quit
2
Silvaco学习
这一讲的安排
介绍各个工艺的参数及其意义 举例说明 这些工艺有：
离子注入，扩散，淀积，刻蚀，外延和抛 光
*
3
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离子注入
Implant boron dose=1e14 energy=50 unit.damage dam.factor=0.1
*
6ห้องสมุดไป่ตู้
Silvaco学习
离子注入的例子
go athena Line x loc=0.0 spac=0.02 Line x loc=1.0 spac=0.10 Line y loc=0.0 spac=0.02 Line y loc=2.0 spac=0.20 init silicon c.boron=1e16 two.d
命令implant，参数及说明如下：
*
4
Silvaco学习
离子注入的参数及说明
离子注入的几何说明：
注入面：α 表面：∑
仿真面：β Tilt angle：θ Rotation angle：φ
*
5
Silvaco学习
SilvacoTCAD工艺仿真模块及工艺仿真流程
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2.1.1 网格定义的命令及参数
• 定义某座标附近的网格线间距来建立仿真网格
line x location=x1 spacing=s1 line x location=x2 spacing=s2
s1
0
x1
line y location=y1 spacing=s3
s3
line y location=y2 spacing=s4
SilvacoTCAD工艺仿真模块及工艺仿真流 程
23
2.3.2 Diffuse做氧化的例子
氧化时间30分钟，1200度，干氧
diffuse time=30 temp=1200 dryo2
氧化时间30分钟，1000度，氧气流速10sccm
diffuse time=30 temp=1000 f.o2=10
1.1.1 ATHENA
• 分析和优化标准的和最新的隔离流程，包括 LOCOS， SWAMI，以及深窄沟的隔离
• 在器件制造的不同阶段分析先进的离子注入方法——超浅 结注入，高角度注入和为深阱构成的高能量注入
• 支持多层次杂质扩散，以精确预测衬底与邻近材料表面的 杂质行为
• 考虑多重扩散影响，包括瞬态增强的扩散，氧化/硅化加强 的扩散，瞬态激活作用，点缺陷和簇群构造以及材料界面 的再结合，杂质分离，和传输
第一部分 第二部分 第三部分
工艺仿真器介绍 工艺仿真流程 总结
SilvacoTCAD工艺仿真模块及工艺仿真流 程
13
2 工艺仿真流程
• 1 建立仿真网格 • 2 仿真初始化 • 3 工艺步骤 • 4 提取特性 • 5 结构操作 • 6 Tonyplot显示
SilvacoTCAD工艺仿真模块及工艺仿真流 程
Silvaco TCAD 器件仿真1
14:14
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Silvaco学习
器件仿真流程
14:14
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Silvaco学习
ATLAS语法格式
ATLAS的语法格式：
<STATEMENT> <PARAMETER>=<VALUE>
ATLAS的statement同ATHENA中的command 参数类型及其要求如下：
Parameter Character Integer Logical Real Description Any character string Any whole number A true or false condition Any real number Value Required Yes Yes No Yes Example material=silicon region=1 gaussian x.min=0.1
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Silvaco学习
肖特基二极管的例子
ATLAS示例库diodeex01
启动仿真器：go atlas
mesh space.mult=1.0 # x.mesh loc=0.00 spac=0.5 x.mesh loc=3.00 spac=0.2 x.mesh loc=5.00 spac=0.25 x.mesh loc=7.00 spac=0.25 x.mesh loc=9.00 spac=0.2 x.mesh loc=12.00 spac=0.5 # y.mesh loc=0.00 spac=0.1 y.mesh loc=1.00 spac=0.1 y.mesh loc=2.00 spac=0.2 y.mesh loc=5.00 spac=0.4
26 Silvaco学习
Silvaco中文学习手册样本
§4 工艺及器件仿真工具SILVACO-TCAD 本章将向读者简介如何使用SILVACO 公司TCAD 工具ATHENA 来进展工艺仿真以及ATLAS 来进展器件仿真。
假定读者已经生疏了硅器件及电路制造工艺以及MOSFET 和BJT 根本概念。
4.1使用ATHENANMOS 工艺仿真4.1.1概述本节简介用ATHENA 创立一种典型MOSFET 输入文献所需根本操作。
涉及：a.创立一种好仿真网格b.演示淀积操作c.演示几何刻蚀操作d.氧化、集中、退火以及离子注入e.构造操作f.保存和加载构造信息4.1.2创立一种初始构造1定义初始直角网格a.输入UNIX 命令：deckbuild-an&，以便在deckbuild 交互模式下调用ATHENA。
在短暂延迟后，deckbuild 主窗口将会消灭。
如图4.1 所示，点击File 名目下Empty Document，清空DECKBUILD 文本窗口；图 4.1 清空文本窗口b.在如图4.2 所示文本窗口中键入语句go Athena ；图 4.2 以“go athena”开头接下来要明确网格。
网格中结点数对仿真精准度和所需时间有着直接影响。
仿真构造中存在离子注入或者形成PN 结区域应当划分更加细致网格。
c.为了定义网格，选取Mesh Define 菜单项，如图4.3 所示。
下面将以在0.6μm×0.8μm 方形区域内创立非均匀网格为例简介网格定义方法。
图 4.3 调用 ATHENA 网格定义菜单2 在0.6μm×0.8μm方形区域内创立非均匀网格a.在网格定义菜单中，Direction〔方向〕栏缺省为X；点击Location〔位置〕栏并输入值0；点击Spacing〔间隔〕栏并输入值0.1；b.在Comment〔注释〕栏，键入“Non-Uniform Grid(0.6um x 0.8um)”,如图4.4 所示；c.点击insert 键，参数将会出当前滚动条菜单中；图4.4定义网格参数图 4.5 点击Insert 键后d.连续插入X 方向网格线，将其次和第三条X 方向网格线分别设为0.2 和0.6，间距均为0.01。
Silvaco TCAD器件仿真器件仿真的结构生成
region number=1 x.min=0.0 x.max=0.1 y.min=0.0 \ y.max=1.0 material=silicon
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2.2.3 Defining mesh
• Base.mesh，网格整体控制 参数有height, width，矩形的最大高度和宽度
• Bound.conditioning，减少边界的网格点
• Constr.mesh，对网格中三角形做限制 主要参数：X1, x2, y1, y2, {max|min}.{height|ratio|width}
主要内容
第一部分 第二部分 第三部分
ATLAS描述器件结构 DevEdit编辑器件结构 总结
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1 ATLAS描述器件结构
第一部分 第二部分 第三部分
ATLAS描述器件结构 DevEdit编辑器件结构 总结
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1.1 生成结构——器件仿真的第一步
1 结构描述
MESH REGION ELECTRODE DOPING MATERIAL
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2.2.1 Defining region
• 添加、替换或删除区域 • 主要参数：
区域ID(region=<n>)、材料(material=<c>)、区域坐 标(points=“0,0 0,mat=silicon color=0xffb2 pattern=0x9 \ points=“0,0 0.1,0 0.1,1 0,1 0,0”
silvaco TCAD 仿真速成手册
silvaco TCAD 仿真速成手册排行榜收藏打印发给朋友举报发布者：kongfuzi热度4票浏览33次时间：2010年2月26日09:01 silvaco TCAD 仿真速成手册第1章: 简介该指南手册针对首次应用SILVACO TCAD软件的新用户。
它旨在帮助新用户在几分钟时间内快速并成功安装和运行该软件。
该指南也演示如何快速有效查看手册，查找仿真器中使用的所有参数的解释和定义。
它也参照相应章节，来理解等式以及其使用的根本规则。
关于进一步的阅读和参考，用户可参照SILVACO网站的技术支持部分，那里有丰富的技术材料和发表文献。
第2章: 快速入门2.1: DeckBuild运行时间环境窗口"DeckBuild"是富含多样特征的运行时间环境，它是快速熟悉SILVACO的TCAD软件的关键。
Deckbuild 主要特征包括：自动创建输入文件、编辑现有输入文件，创建DOE，强大的参数提取程序和使得输入文件中的参数变量化。
更重要的是，DeckBuild包含好几百个范例，涵盖多种电学、光学、磁力工艺类型，便于首次使用该工具的用户。
使用入门用户可打开一个控制窗口，创建一个目录，用于保存该指南范例将创建的临时文件。
例如，要创建或重新部署一个名为"tutorial," 的目录，在控制窗口键入：mkdir tutorial cd tutorial然后键入下列命令开启deckbuild运行环境：deckbuild屏幕上将出现类似于图2.1的DeckBuild运行时间环境。
GUI界面包括两部分：上部窗口显示当前输入文件，而下部显示运行输入文件时创建的输出。
图2.1 DeckBuild 运行时间界面GUI2.2: 载入和运行范例输入文件可以由用户创建或者从范例库中加载。
为了熟悉软件语法，最好载入第一个实例中范例。
要从deckbuild运行时间环境的GUI载入范例，可点击：Main Control... Examples(范例)...屏幕将弹出一个窗口显示一列47个类别的范例。
高频npn双极型晶体管Silvaco TCAD仿真
高频npn双极型晶体管Silvaco TCAD仿真一、npn晶体管器件物理1.npn晶体管的基本结构和制造工艺（1）npn晶体管的基本结构双极型晶体管由两个“背靠背”的pn结组成，一种基本结构如图1所示，晶体管中两种载流子都参与导电。
双极型晶体管按照导电类型和极性可划分为npn 晶体管和pnp晶体管，按照制作工艺可划分为合金管、平面管和台面管。
图 1 双极型晶体管基本结构（2）npn晶体管的制造工艺1948年，美国贝尔实验室的肖克莱、巴丁和布拉顿利用合金烧结法制作了第一个锗基双极型晶体管分立器件，奠基了现代电子技术的基础[1]。
npn晶体管制造的平面外延工艺在上世纪70年代一度成为主流，随着各种先进工艺和材料的引进，npn晶体管普遍使用多晶硅发射极的结构以提升注入效率，通过异质外延、离子注入、极紫外光刻等技术，npn晶体管尺寸更小、掺杂浓度更高更精确，性能也更出色。
2.npn晶体管的输出特性和击穿特性（1）npn晶体管的电流放大功能当处于放大工作状态时，npn晶体管的电流输运分为以下三个步骤：发射区发射载流子→基区输运载流子→集电区收集载流子，由于两种载流子都参与晶体管的电流输运，故得名“双极型晶体管”，三个过程定量描述载流子输运的系数分别是注入效率、基区输运系数和集电区雪崩倍增因子。
当npn型双极型晶体管发射结正偏、集电结反偏时，晶体管的基极电流将与集电极电流呈现近似比例关系，即I C=βI B（β>>1），呈现出“电流放大”的功能，其中β称为npn晶体管的电流放大系数。
npn晶体管的输出特性曲线如图2所示，图中虚线代表V BC=0，即V CE=V BE 的情形，是放大区和饱和区的分界线。
（2）npn晶体管的击穿特性当双极型晶体管一个电极开路，在另外两个电极外加反向偏压时，npn晶体管将发生雪崩倍增效应，产生类似于pn结的击穿现象，基极开路时，使I CEO→∞的V CE称为BV CEO，npn晶体管的BV CEO曲线表示如图3所示。
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它旨在帮助新用户在几分钟时间内快速并成功安装和运行该软件。
该指南也演示如何快速有效查看手册，查找仿真器中使用的所有参数的解释和定义。
它也参照相应章节，来理解等式以及其使用的根本规则。
关于进一步的阅读和参考，用户可参照SILVACO网站的技术支持部分，那里有丰富的技术材料和发表文献。
第2章: 快速入门2.1: DeckBuild运行时间环境窗口"DeckBuild"是富含多样特征的运行时间环境，它是快速熟悉SILVACO的TCAD软件的关键。
Deckbuild 主要特征包括：自动创建输入文件、编辑现有输入文件，创建DOE，强大的参数提取程序和使得输入文件中的参数变量化。
更重要的是，DeckBuild包含好几百个范例，涵盖多种电学、光学、磁力工艺类型，便于首次使用该工具的用户。
使用入门用户可打开一个控制窗口，创建一个目录，用于保存该指南范例将创建的临时文件。
例如，要创建或重新部署一个名为"tutorial," 的目录，在控制窗口键入：mkdir tutorial cd tutorial然后键入下列命令开启deckbuild运行环境：deckbuild屏幕上将出现类似于图2.1的DeckBuild运行时间环境。
GUI界面包括两部分：上部窗口显示当前输入文件，而下部显示运行输入文件时创建的输出。
图2.1 DeckBuild 运行时间界面GUI2.2: 载入和运行范例输入文件可以由用户创建或者从范例库中加载。
为了熟悉软件语法，最好载入第一个实例中范例。
要从deckbuild运行时间环境的GUI载入范例，可点击：Main Control... Examples(范例)...屏幕将弹出一个窗口显示一列47个类别的范例。
图2.2显示首15个类型范例。
要查看剩余的类别，则使用窗口右侧的滑动条滚动选择。
图2.2 首15个类别的DeckBuild 范例只需双击该类别，即可查看每个类别的范例。
如果双击首个类别"MOS1: MOS Application Examples，" 则得到如图2.3显示的列表。
该类别有15个范例。
图2.3 MOS 应用范例列表双击任何期望的范例，即可查看其解释。
双击首个范例"NMOS : Id/Vgs and Threshold Voltage Extraction"，可查看该范例的解释。
结果如图2.4显示。
滚动拉下窗口可浏览全部解释。
图2.4 范例描述窗口为了在DeckBuild运行环境中载入特定范例，点击"DeckBuild: Examples" 窗口右上部的"Load Example" 按钮。
DeckBuild主窗口如图2.5显示。
图2.5 DeckBuild已载入输入文件按下"run" 按钮即可运行范例。
运行完成后，屏幕出现两个图。
第一个为显示仿真过程中网路掺杂的彩色轮廓图，第二个则是简单的阈值电压Vg 相对Id图。
它们分别为如图2.6和图2.7所示。
一旦选中"Load Example" 按钮，结构文件和线图既加载在当前工作目录中，因此不必运行仿真即可浏览结果。
图2.6 显示网路掺杂的工艺仿真结构图2.7显示Vg相对Id的器件仿真线图2.3: 查看结果SILVACO的浏览工具"TonyPlot"是一个功能丰富的绘图工具。
该指南中仅介绍它的某些基本性能。
当SILVACO的TCAD软件包中保存一个结构文件或一个线图时，创建结构文件或线图的所有参量将自动包含仅该文件，供绘图之用。
例如在结构文件绘图中，如果想要绘制其他变量如"Donor Concentration", 则如下点击：Plot... Display... Define... Contours...然后向下滚动选择"Quantity:" 方框，得到一组可绘制变量。
如果按照该顺序执行，将出现两个另外的GUI 显示，如图所示2.8。
选择新的参量并点击"Apply"。
图2.8 选中可绘制变量的相关GUI运行时常需要查看一个图表的"cutline"片断。
这时，关闭其它相关绘图相关视窗，点击"OK," 然后返回主要视图和选择下列命令：Tools... Cutline...现在将使用默认"vertical cutline"方框，但在"cutline" GUI中也可以选择水平或交叉的cutline方框。
返回主图，在cutline起点处点击并按住鼠标左键。
竖向直拖动鼠标，到cutline终点处松开鼠标。
松开左键后，cutline图表将自动显示当前现实的参量的cutline。
完成操作后点击cutline方框上的"OK" 键。
要在新cutline图上覆盖显示其他变量，则左击线图，使之变为当前视图（图表的白色边框表示它为激活现行图表）。
然后点击：Plot... Display...来选择要覆盖在线图上的其它参量。
例如，如果在线图上添加Arsenic, Boron和Phosphorus，它应该显示在图2.9上。
Vg 相对Id 曲线也有相似命令，使它可以在线图上覆盖显示其它电学参量。
图2.9 Cutline图总的来说，在终端或控制窗口键入"tonyplot "，可绘制一个文件；或者在DeckBuild中，通过高亮文件名并按下列顺序操作命令，直接绘制结构。
Tools... Plot... Plot Structure要自动绘制一个仿真中创建的结构文件，只需简单添加语句：structure outfile=tonyplot至输入文件，仿真器将保存创建的器件文件直至输入文件中该点。
仿真器在达到该点之后，即自动绘制结构。
用户可在仿真过程中的任意点绘制任意数目的结构文件。
章节2.4: 自动创建和编辑输入文件现在，您应该已经了解如何加载、运行和查看TCAD 范例的结果。
接下来演示如何简便创建自己工艺仿真输入文件或者修改已有文件。
输入文件为简单的ASCII文本格式，因此它可使用任何ASCII 编辑器创建。
但是，DeckBuild 包含一个简单的GUI，可自动创建工艺仿真输入文件。
为了简化程序，而不必每次从头来创建工艺仿真输入文件，这里将演示如何在现有的输入文件中添加几行代码。
通过在每个工序中重复该步骤，该方法同样用于创建整个输入文件。
一旦使用"line"和"init" 语句（参见载入范例的首几行）定义了仿真空间和初始衬底，工艺仿真则仅包含很多连续的扩散、植入、蚀刻和淀积步骤。
其中每一步均可使用DeckBuild自动编写。
回到输入文件的范例中，假设打算在第一步之后添加一个低能量10keV "P-Well Implant"。
鼠标左击DeckBuild 顶部视窗中首个P-well 植入之后的一行。
然后如下点击：Commands... Process... Implant屏幕将出现"DeckBuild: ATHENA Implant" 视窗。
创建额外的注入语句行只需填充该方框而已，其方法是使用滑动条、或者填充数值后按下回车键。
对于10keV 硼注入, 剂量1e11/cm2 ，垂直夹角7 度，主平面旋转27度，其注入GUI 如图2.10所示。
完成输入信息后，点击"Write"，输入文件中则出现一个新行。
图2.10 完全填充的注入GUI同样的方式可创建淀积、注入、扩散、电极、创建网格、晶元初始化，结构文件保存等等. 由于输入文件为简单ASCII 文本，要在直观的语法输入文件中编辑参数，仅需使用DeckBuild中附带的复制、粘贴和删除功能。
第3章: 简易使用手册和自学方法该手册很厚，乍看可能使人有点畏缩的。
所以本章节将为新用户演示如何简便使用范例浏览手册，从而找到特定信息。
以章节2.2中列出的输入文件为例，假设我们要理解"SRH"参数的用途。
它出现在输入文件中器件仿真部分，位于"models"开头的语句行。
在工艺和器件仿真器中，任何语句行的开头词语均为"语句"。
这个范例中，第一个词语是"models"。
如果我们想要了解"SRH" 的作用，我们需要先找出"models statement" 的信息。
所有的SILVACO产品均有PDF格式的用户手册。
要查找器件仿真器的信息，则需要打开ATLAS用户手册。
通过在控制台和端子窗口中键入"sman" 可启动"sman" 工具，再通过"sman" 工具可获得用户手册。
用户手册如图3.1所示。
图3.1 ATLAS 的PDF用户手册此手册最显著的特征是"语句"章节。
它包含器件仿真器按字母顺序排列的所有语句。
因为我们要找"models" 语句，点击左边的书签索引上语句章旁边的"+"扩展符号。
按字母顺序向下滚动选择"Models" 语句。
点击Models 语句旁边的"+" 扩展符号，可以查看其内容。
这时，我们需要选择。
如果您已猜到"SRH"等于Schottky Read Hall" 的组合缩写，即可点击Recombination Models Flags"章节。
如果不明白"SRH" 的含义，则点击"MODELS" 标题，回到该章节开头。
这个章节的开头是另一个与模型语句有关的参数，也以字母顺序排列。
向下滚动直至"SRH" ，表格显示：参数类型，以及默认数值和单位。
一旦知晓其类型，便可向下滚动在描述章节找到参数。
也可使用"Edit... Find..." 功能在描述部分搜索"SRH"。
不论使用何种方法，都可以找到描述SRH 参数的部分，其如图3.2所示。
图3.2 查找到"SRH"参数这组信息足够让用户了解参数的含义及其默认值。