9 Silvaco TCAD器件仿真模块及器件仿真流程
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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。
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。
第三讲 Silvaco TCAD 器件仿真01
温馨提示： （1）命令缩减 没有必要输入一个语句或参数名的全称。 ATLAS只需要用户输入足够的字 符来区分于其他命令或参数。 例： 命令语句 DOP 等同于 doping， 可以作为其命令简写。 但建议不要过度简单，以免程序含糊不清，不利于将来调用时阅读。
（2）连续行 有的语句超过256个字符，为了不出现错误，ATLAS语序定义连续行。 将反斜线符号\放在一条语句的末尾，那么程序每当遇到\都会视下一行为 上一行的延续。
二、半导体器件仿真软件使用
本章介绍ATLAS器件仿真器中所用到的语句和参数。 具体包括：
1.语句的语法规则 2.语句名称 3.语句所用到的参数列表， 包括类型，默认值及参数的描述 4.正确使用语句的实例
学习重点（1） 语法规则 （2）用ATLAS程序语言编写器件结构
1. 语法规则
规则1： 语句和参数是不区分大小写的。 A=a 可以在大写字母下或小写字母下编写。abc=Abc=aBc
和工艺仿真的区别： devedit - 考虑结果 他不考虑器件生成的实际物理过程，生成器件时不需要对时 间、温度等物理量进行考虑。
athena - 考虑过程 必需对器件生成的S描述器件结构的步骤
mesh region electrode doping
材料特性
?材料的参数有工艺参数和器件参数 ?材料参数是和物理模型相关联的 ?软件自带有默认的模型和参数 ?可通过实验或查找文献来自己定义参数
物理模型
? 物理量是按照相应的物理模型方程求得的 ? 物理模型的选择要视实际情况而定 ? 所以仿真不只是纯粹数学上的计算
计算方法
?在求解方程时所用的计算方法
Yes Yes No
Yes
Example
material=silicon region=1 gaussian
Cadence 实验系列_器件模拟_Silvaco TCAD
Atlas简介 简介
ATLAS器件仿真系统使得器件技术工程师可以模拟半导体器件的电气、光学和 热力的行为。ATLAS提供一个基于物理，使用简便的模块化的可扩展平台，用以分 析所有2D和3D模式下半导体技术的的直流，交流和时域响应。ATLAS器件仿真系统： ◆无需昂贵的分批作业试验，即可精确地特性表征基于物理的器件的电气、光学 和热力性能； ◆解决成品率和工艺制作过程变异的问题，使其达到速度、功率、密度、击穿、 泄漏电流、发光度和可靠性的最佳结合； ◆完全与ATHENA工艺仿真软件整合，具有完善的可视化软件包，大量的实例数据 库和简单的器件输入； ◆最多选择的硅模型，III-V、II-VI、IV-IV或聚合/有机科技，包括CMOS、双极、高 压功率器件、VCSEL、TFT、光电子、激光、LED、CCD、传感器、熔丝、NVM、铁 电材料、SOI、Fin-FET、HEMT和HBT； ◆分支机构遍布世界各地，有专门的物理学博士提供TCAD支持； ◆与专精稳定和有远见的行业领导者合作，在新技术强化上有活跃的发展计划； ◆直接把ATLAS结果输入到UTMOST进行SPICE参数提取，将TCAD技术应用到整个流 片(Tapeout)过程。
用Atlas语法直接进行器件描述，然后进行器件性能仿真。
Atlas器件仿真步骤 器件仿真步骤
• 启动Atlas软件 • 网格的定义 • 材料区域的定义 • 电极、掺杂、材料特性和模型特性等的定义 • 器件输出特性（I-V曲线）的仿真 • 用tonyplot输出仿真结果
启动Atlas软件 软ization calc.strain polarization calc.strain等申明极 化效应，并对极化效应大小及极化电荷密度进行计算。
电极、掺杂、 电极、掺杂、材料特性和物理模型等的定义
SilvacoTCAD器件仿真优秀课件
Silvaco TCAD 器件仿真（三）
Tang shaohua, SCU
*
1
Silvaco学习
这一讲主要内容
材料特性设置 物理模型设置 特性获取 结果分析 从例子hemtex01.in看整个流程
*
2
Silvaco学习
材料参数
状态Material，设置材料参数 材料参数和物理模型的选取有关，常用的
Silvaco学习
特性获取Biblioteka CE击穿特性：impact selb
method trap climit=1e - 4 maxtrap=10
#
solve init
solve vbase=0.025
solve vbase=0.05
solve vbase=0.2
#
contact name=base current
tmun
p0
mup
Tl 300
tmup
*
状态 Mobility Mobility Mobility Mobility
低场迁移率模型中可用户定义的参数
参数
默认值
Mun
1000
Mup
500
Tmun
1.5
Tmup
1.5
11
单位 cm2/Vs cm2/Vs
Silvaco学习
物理模型
推荐的模型 MOSFETs类型：srh，cvt，bgn BJT，thyristors等：Klasrh，klaaug，kla，bgn 击穿仿真：Impact，selb
Solve vgate=0.05 vstep=0.05 vfinal=1.0 name=gate
Solve ibase=1e-6
*
Tang shaohua, SCU
*
1
Silvaco学习
这一讲主要内容
材料特性设置 物理模型设置 特性获取 结果分析 从例子hemtex01.in看整个流程
*
2
Silvaco学习
材料参数
状态Material，设置材料参数 材料参数和物理模型的选取有关，常用的
Silvaco学习
特性获取Biblioteka CE击穿特性：impact selb
method trap climit=1e - 4 maxtrap=10
#
solve init
solve vbase=0.025
solve vbase=0.05
solve vbase=0.2
#
contact name=base current
tmun
p0
mup
Tl 300
tmup
*
状态 Mobility Mobility Mobility Mobility
低场迁移率模型中可用户定义的参数
参数
默认值
Mun
1000
Mup
500
Tmun
1.5
Tmup
1.5
11
单位 cm2/Vs cm2/Vs
Silvaco学习
物理模型
推荐的模型 MOSFETs类型：srh，cvt，bgn BJT，thyristors等：Klasrh，klaaug，kla，bgn 击穿仿真：Impact，selb
Solve vgate=0.05 vstep=0.05 vfinal=1.0 name=gate
Solve ibase=1e-6
*
Silvaco-TCAD-器件仿真2教程文件
参数columns,rows, ix.low,ix.high,iy.low.ly.high, x.min,x.max,y.min,y.max
Eliminate columns x.min=0.2 x.max=1.4 y.min=0.2 y.max=0.7
*
Eliminate 前
5
Eliminate 后
区域ID(region=<n>)、材料(material=<c>)、区域坐 标(points=“0,0 0,1 …”)
例句
Region reg=1 mat=silicon color=0xffb2 pattern=0x9 \ points=“0,0 0.1,0 0.1,1 0,1 0,0”
Region reg=3 name=anode material=contact elec.id=1 \ work.func=0 points=“0,0 0.1,0 0.1,1 0,1 0,0”
doping region=1 gauss conc=1e18 peak=0.2 junct=0.15
从文件导入杂质分布
doping x.min=0.0 x.max=1.0 y.min=0.0 y.max=1.0 n.type ascii \ infile=concdata
*
9
Silvaco学习
ATLAS描述的二极管结构
region number=2 x.min=0.0 x.max=0.1 y.min=1.0 \ y.max=2.0 material=silicon
electrode name=anode top electrode name=cathode bottom
doping uniform conc=1e18 n.type region=1 doping uniform conc=1e18 p.type region=2
Eliminate columns x.min=0.2 x.max=1.4 y.min=0.2 y.max=0.7
*
Eliminate 前
5
Eliminate 后
区域ID(region=<n>)、材料(material=<c>)、区域坐 标(points=“0,0 0,1 …”)
例句
Region reg=1 mat=silicon color=0xffb2 pattern=0x9 \ points=“0,0 0.1,0 0.1,1 0,1 0,0”
Region reg=3 name=anode material=contact elec.id=1 \ work.func=0 points=“0,0 0.1,0 0.1,1 0,1 0,0”
doping region=1 gauss conc=1e18 peak=0.2 junct=0.15
从文件导入杂质分布
doping x.min=0.0 x.max=1.0 y.min=0.0 y.max=1.0 n.type ascii \ infile=concdata
*
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Silvaco学习
ATLAS描述的二极管结构
region number=2 x.min=0.0 x.max=0.1 y.min=1.0 \ y.max=2.0 material=silicon
electrode name=anode top electrode name=cathode bottom
doping uniform conc=1e18 n.type region=1 doping uniform conc=1e18 p.type region=2
Silvaco_TCAD_工艺仿真1解读
Silvaco学习
ATHENA工艺仿真软件
通过MaskViews 的掩模构造说明，工程师可 以有效地分析在每个工艺步骤和最终器件 结构上的掩模版图变动的影响。
与光电平面印刷仿真器和精英淀积和刻蚀
仿真器集成，可以在物理生产流程中进行 实际的分析。
与ATLAS 器件模拟软件无缝集成
07:38
8
Silvaco学习
可仿真的工艺 （Features and Capabilities）
Bake CMP Deposition Development Diffusion Epitaxy
• Etch • Exposure • Imaging • Implantation • Oxidation • Silicidation
采用默认参数，二维初始化仿真： Init two.d
工艺仿真从结构test.str中开始： Init infile=test.str
GaAs衬底，含硒浓度为1015cm-3，晶向[100]： Init gaas c.selenium=1e15 orientation=100
硅衬底，磷掺杂，电阻率为10Ω.cm Init phosphor resistivity=10
定义衬底: material,orientation,c.impurities,resitivity …
初始化仿真： 导入已有的结构，infile… 仿真维度，one.d,two.d … 网格和结构，space.mult,scale,flip.y …
07:38
15
Silvaco学习
初始化的几个例子
07:38
10
Silvaco学习
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、抽取特性 5、结构操作 6、Tonyplot显示
工艺及器件仿真工具SILVACO-TCAD
2017/8/1 2/118
本章内容
使用ATHENA的NMOS工艺仿真 使用ATLAS的NMOS器件仿真
2017/8/1
3/118
本章内容
使用ATHENA的NMOS工艺仿真 使用ATLAS的NMOS器件仿真
2017/8/1
4/118
概述
用ATHENA创建一个典型的MOSFET输入文件所需的
基本操作包括： a. 创建一个好的仿真网格
b. 演示淀积操作
c. 演示几何刻蚀操作 d. 氧化、扩散、退火以及离子注入 e. 结构操作 f. 保存和加载结构信息
2017/8/1 5/118
创建一个初始结构
定义初始直角网格
−
在UNIX或LINUX系统提示符下，输入命令：deckbuild-an&，以 便进入deckbuild交互模式并调用ATHENA程序。这时会出现如下 图所示deckbuild主窗口，点击File目录下的Empty Document， 清空Deckbuild文本窗口；
2017/8/1
12/118
定义初始衬底
由网格定义菜单确定的LINE语句只是为ATHENA仿真结 构建立了一个直角网格系基础。接下来就是衬底区的初始化。 对仿真结构进行初始化的步骤如下：
①
在ATHENA Commands菜单中选择Mesh Initialize…选项。ATHENA网格初 始化菜单将会弹出。在缺省状态下，硅材料为<100>晶向；
10/118
2017/8/1
−
在网格定义窗口中点击insert键，并继续插入第二、第三和 第四个Y方向的网格定义点，位臵分别设为0.2、0.5和0.8， 网格间距分别设 0.01，0.05和0.15，如图所示。
本章内容
使用ATHENA的NMOS工艺仿真 使用ATLAS的NMOS器件仿真
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本章内容
使用ATHENA的NMOS工艺仿真 使用ATLAS的NMOS器件仿真
2017/8/1
4/118
概述
用ATHENA创建一个典型的MOSFET输入文件所需的
基本操作包括： a. 创建一个好的仿真网格
b. 演示淀积操作
c. 演示几何刻蚀操作 d. 氧化、扩散、退火以及离子注入 e. 结构操作 f. 保存和加载结构信息
2017/8/1 5/118
创建一个初始结构
定义初始直角网格
−
在UNIX或LINUX系统提示符下，输入命令：deckbuild-an&，以 便进入deckbuild交互模式并调用ATHENA程序。这时会出现如下 图所示deckbuild主窗口，点击File目录下的Empty Document， 清空Deckbuild文本窗口；
2017/8/1
12/118
定义初始衬底
由网格定义菜单确定的LINE语句只是为ATHENA仿真结 构建立了一个直角网格系基础。接下来就是衬底区的初始化。 对仿真结构进行初始化的步骤如下：
①
在ATHENA Commands菜单中选择Mesh Initialize…选项。ATHENA网格初 始化菜单将会弹出。在缺省状态下，硅材料为<100>晶向；
10/118
2017/8/1
−
在网格定义窗口中点击insert键，并继续插入第二、第三和 第四个Y方向的网格定义点，位臵分别设为0.2、0.5和0.8， 网格间距分别设 0.01，0.05和0.15，如图所示。
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impact selb
2.1.4 数值计算方法
• 在求解方程时所用的计算方法 • 参数包括计算步长、迭代方法、初始化策略、迭 代次数等 • 计算不收敛通常是网格引起的
晶格加热时的漂移扩散：
method block newton
迭代次数的设置：
method gummel newton trap maxtrap=10
• 参数文件
X:\ sedatools\ lib\ Atlas\<version_number>.R\ common
• C解释器的模板、数学符号等文件
X:\sedatools\lib\Atlas\<version_number>.R\common\SCI
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21
3 总结
第一部分
器件仿真模块
第二部分
• 需要注意的情况
除了精确定义尺寸外也需特别注意网格 电极的定义（器件仿真上的短接和悬空） 金属材料的默认特性 14
Page
2.1.2 材料参数描述
• 材料的参数有工艺参数和器件参数 • 材料参数是和物理模型相关联的 • 软件自带有默认的模型和参数 • 可通过实验或查找文献来自己定义参数
器件仿真流程
第三部分
总结
Page
22
3 总结
• 本课的主要内容
器件仿真模块
器件仿真流程
• 下一课主要内容
ATLAS描述器件结构 DevEdit编辑器件结构
Page
23
欢迎提问
谢谢！
Page
24
Page 18
tonyplot Vt.log
2.2 二极管的例子
• 生成结构
定义网格 go atlas mesh space.mult=1.0 x.mesh loc=0.00 spac=0.5 x.mesh loc=10.00 spac=0.5 y.mesh loc=0.00 spac=0.1 y.mesh loc=5.00 spac=0.1 region num=1 silicon electr name=anode top electr name=cathode bot doping n.type conc=5e13 uniform doping p.type conc=1e19 junc=1 rat=0.6 gauss save outf=diode_0.str tonyplot diode_0.str
8
1.2 ATLAS仿真模块（续）
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9
1.2 ATLAS仿真模块（续）
go atlas 后显示的可用模块
=================================== ATLAS : enabled S-PISCES : enabled BLAZE : enabled GIGA : enabled LUMINOUS : enabled LED : enabled TFT : enabled ORGANIC DISPLAY : enabled ORGANIC SOLAR : enabled MIXEDMODE : enabled LASER : enabled VCSEL : enabled FERRO : enabled QUANTUM : enabled NOISE : enabled … : … =================================
显示IV特性
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2.3 器件仿真的资料
• 手册
X:\sedatools\lib\Atlas\<version_number>.R\doc\atlas_user1.pdf
• 器件模型参数文件
X:\sedatools\lib\Atlas\<version_number>.R\common\ atlasmod
定义区域 定义电极
定义掺杂
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19
2.2 二极管的例子（续）
• 计算IV特性
物理模型 # model bjt solve init 数值方法 保存数据 施加偏压 method gummel newton log outfile=diode_IV.log solve vanode=0.05 vstep=0.05 \ vfinal=1 name=anode save outf=diode_1.str tonyplot diode_IV.log
例句：
material material=4H-SiC permitti=9.66 eg300=2.99 \ edb=0.1 gcb=2 eab=0.2 gvb=4 nsrhn=3e17 \ nsrhp=3e17 taun0=5e-10 taup0=1e-10 tc.a=100
material material=silicon f.taup="taup.lib" f.taun="taun.li模型描述
• 物理量是按照相应的物理模型方程求得的 • 物理模型的选择要视实际情况而定 • 所以仿真不只是纯粹数学上的计算
模型类型： Mobility Models (conmob, analytic,fldmob …) Recombination Models (srh, auger, optr…) Generation Models (impact) Carrier Statistics (fermi-dirac) 例句： Energy Balance Lattice Heating (lat.temp) models conmob fldmob srh bgn temp=398
5
1.1.2 全面的物理模型（续）
• • • • • • • • • •
Page
Heavy doping effects Full acceptor and donor trap dynamics Ohmic, Schottky, and insulating contacts SRH, radiative, Auger, and surface recombination Impact ionization (local and non-local) Floating gates Band-to-band and Fowler-Nordheim tunneling Hot carrier injection Quantum transport models Thermionic emission currents
2 材料模型描述
3 数值计算方法
4 求解描述
5 结果分析
Page 13
2.1.1 器件结构描述
•
go athena 怎样得到器件的结构？ line x loc=0.0 spac=0.02 line x loc=1.0 spac=0.10 1、工艺生成 2、ATLAS描述 3、DevEdit编辑
go atlas x.mesh loc=0.0 spac=0.5 x.mesh loc=3.0 spac=0.2 x.mesh loc=10.0 spac=0.2 # y.mesh loc=0.00 spac=0.02 y.mesh loc=5.00 spac=0.1
计算的载流子类型：
method carriers=1 elec
Page 17
2.1.5 特性获取和分析
• 不同器件所关注的特性不一样，需要对相应器件有 所了解 • 不同特性的获取方式跟实际测试对照来理解 • 从结构或数据文件看仿真结果
求解 solve init 求解 solve vdrain=0.1 保存数据 log outfile=Vt.log 改变栅压求解 solve vgate=0.1 vstep=0.1 vfinal=3 \ name=gate 显示和分析
Page
S-Pisces（二维硅器件模拟器） Devices3D（三维硅器件模拟器） Blaze2D/3D（先进材料的二维/三维器件模拟器） TFT2D/3D（无定型和多晶体二维/三维模拟器） VCSELS（垂直腔表面发射器件） Laser（半导体激光/二极管模拟器） Luminous2D/3D（光电子器件模块） Ferro（铁电体相关的介电常数模拟器） Quantum（二维三维量子限制效应模拟块） Giga2D/3D（二维/三维非等温器件模拟模块） NOISE（半导体噪声模块） C-Interpreter（C解释器模块） MixedMode（二维/三维组合器件和电路仿真模块） DevEdit2D/3D（二维/三维器件编辑器）
ATHENA、SSUPREM3工艺仿真器输入 DevEdit器件编辑器输入 UTMOST III接口可以对器件参数进行提取和对器件建模
• 丰富的仿真模块（…）
Page
4
1.1.2 全面的物理模型
• • • • • • • • • • •
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DC, AC small-signal, and full time-dependency Drift-diffusion transport models Energy balance and Hydrodynamic transport models Lattice heating and heatsinks Graded and abrupt heterojunctions Optoelectronic interactions with general ray tracing Amorphous and polycrystalline materials General circuit environments Stimulated emission and radiation Fermi-Dirac and Boltzmann statistics Advanced mobility models
6
1.1.3 先进的数值方法
impact selb
2.1.4 数值计算方法
• 在求解方程时所用的计算方法 • 参数包括计算步长、迭代方法、初始化策略、迭 代次数等 • 计算不收敛通常是网格引起的
晶格加热时的漂移扩散：
method block newton
迭代次数的设置：
method gummel newton trap maxtrap=10
• 参数文件
X:\ sedatools\ lib\ Atlas\<version_number>.R\ common
• C解释器的模板、数学符号等文件
X:\sedatools\lib\Atlas\<version_number>.R\common\SCI
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3 总结
第一部分
器件仿真模块
第二部分
• 需要注意的情况
除了精确定义尺寸外也需特别注意网格 电极的定义（器件仿真上的短接和悬空） 金属材料的默认特性 14
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2.1.2 材料参数描述
• 材料的参数有工艺参数和器件参数 • 材料参数是和物理模型相关联的 • 软件自带有默认的模型和参数 • 可通过实验或查找文献来自己定义参数
器件仿真流程
第三部分
总结
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3 总结
• 本课的主要内容
器件仿真模块
器件仿真流程
• 下一课主要内容
ATLAS描述器件结构 DevEdit编辑器件结构
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欢迎提问
谢谢！
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24
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tonyplot Vt.log
2.2 二极管的例子
• 生成结构
定义网格 go atlas mesh space.mult=1.0 x.mesh loc=0.00 spac=0.5 x.mesh loc=10.00 spac=0.5 y.mesh loc=0.00 spac=0.1 y.mesh loc=5.00 spac=0.1 region num=1 silicon electr name=anode top electr name=cathode bot doping n.type conc=5e13 uniform doping p.type conc=1e19 junc=1 rat=0.6 gauss save outf=diode_0.str tonyplot diode_0.str
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1.2 ATLAS仿真模块（续）
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1.2 ATLAS仿真模块（续）
go atlas 后显示的可用模块
=================================== ATLAS : enabled S-PISCES : enabled BLAZE : enabled GIGA : enabled LUMINOUS : enabled LED : enabled TFT : enabled ORGANIC DISPLAY : enabled ORGANIC SOLAR : enabled MIXEDMODE : enabled LASER : enabled VCSEL : enabled FERRO : enabled QUANTUM : enabled NOISE : enabled … : … =================================
显示IV特性
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2.3 器件仿真的资料
• 手册
X:\sedatools\lib\Atlas\<version_number>.R\doc\atlas_user1.pdf
• 器件模型参数文件
X:\sedatools\lib\Atlas\<version_number>.R\common\ atlasmod
定义区域 定义电极
定义掺杂
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2.2 二极管的例子（续）
• 计算IV特性
物理模型 # model bjt solve init 数值方法 保存数据 施加偏压 method gummel newton log outfile=diode_IV.log solve vanode=0.05 vstep=0.05 \ vfinal=1 name=anode save outf=diode_1.str tonyplot diode_IV.log
例句：
material material=4H-SiC permitti=9.66 eg300=2.99 \ edb=0.1 gcb=2 eab=0.2 gvb=4 nsrhn=3e17 \ nsrhp=3e17 taun0=5e-10 taup0=1e-10 tc.a=100
material material=silicon f.taup="taup.lib" f.taun="taun.li模型描述
• 物理量是按照相应的物理模型方程求得的 • 物理模型的选择要视实际情况而定 • 所以仿真不只是纯粹数学上的计算
模型类型： Mobility Models (conmob, analytic,fldmob …) Recombination Models (srh, auger, optr…) Generation Models (impact) Carrier Statistics (fermi-dirac) 例句： Energy Balance Lattice Heating (lat.temp) models conmob fldmob srh bgn temp=398
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1.1.2 全面的物理模型（续）
• • • • • • • • • •
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Heavy doping effects Full acceptor and donor trap dynamics Ohmic, Schottky, and insulating contacts SRH, radiative, Auger, and surface recombination Impact ionization (local and non-local) Floating gates Band-to-band and Fowler-Nordheim tunneling Hot carrier injection Quantum transport models Thermionic emission currents
2 材料模型描述
3 数值计算方法
4 求解描述
5 结果分析
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2.1.1 器件结构描述
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go athena 怎样得到器件的结构？ line x loc=0.0 spac=0.02 line x loc=1.0 spac=0.10 1、工艺生成 2、ATLAS描述 3、DevEdit编辑
go atlas x.mesh loc=0.0 spac=0.5 x.mesh loc=3.0 spac=0.2 x.mesh loc=10.0 spac=0.2 # y.mesh loc=0.00 spac=0.02 y.mesh loc=5.00 spac=0.1
计算的载流子类型：
method carriers=1 elec
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2.1.5 特性获取和分析
• 不同器件所关注的特性不一样，需要对相应器件有 所了解 • 不同特性的获取方式跟实际测试对照来理解 • 从结构或数据文件看仿真结果
求解 solve init 求解 solve vdrain=0.1 保存数据 log outfile=Vt.log 改变栅压求解 solve vgate=0.1 vstep=0.1 vfinal=3 \ name=gate 显示和分析
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S-Pisces（二维硅器件模拟器） Devices3D（三维硅器件模拟器） Blaze2D/3D（先进材料的二维/三维器件模拟器） TFT2D/3D（无定型和多晶体二维/三维模拟器） VCSELS（垂直腔表面发射器件） Laser（半导体激光/二极管模拟器） Luminous2D/3D（光电子器件模块） Ferro（铁电体相关的介电常数模拟器） Quantum（二维三维量子限制效应模拟块） Giga2D/3D（二维/三维非等温器件模拟模块） NOISE（半导体噪声模块） C-Interpreter（C解释器模块） MixedMode（二维/三维组合器件和电路仿真模块） DevEdit2D/3D（二维/三维器件编辑器）
ATHENA、SSUPREM3工艺仿真器输入 DevEdit器件编辑器输入 UTMOST III接口可以对器件参数进行提取和对器件建模
• 丰富的仿真模块（…）
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1.1.2 全面的物理模型
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DC, AC small-signal, and full time-dependency Drift-diffusion transport models Energy balance and Hydrodynamic transport models Lattice heating and heatsinks Graded and abrupt heterojunctions Optoelectronic interactions with general ray tracing Amorphous and polycrystalline materials General circuit environments Stimulated emission and radiation Fermi-Dirac and Boltzmann statistics Advanced mobility models
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1.1.3 先进的数值方法