第三讲 Silvaco TCAD 器件仿真 PPT
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第3章 工艺及器件仿真工具SILVACO-TCAD
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④ 对于Dimensionality一栏，选择2D。在二维情况下进行 仿真；
⑤ 对于Comment栏，输入“Initial Silicon Structure with <100> Orientation”，如下图所示；
⑥ 点击WRITE键以写入网格初始化的有关信息。
2020/5/13
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浙大微电子
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② 出现Display（二维网格）菜单项，在缺省状态下，
Edges和Regions图象已选。把Mesh图象也选上， 并点击Apply。将出现初始的三角型网格，如图所示。
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浙大微电子
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现在，先前的INIT语句创建了一个0.6μm×0.8μm大小 的、杂硼浓度为1.0×1014原子数/cm3、掺杂均匀的<100>晶 向的硅片。这个仿真结构已经可以进行任何工艺处理步骤了 （例如离子注入，扩散，刻蚀等）。
接下来，我们通过干氧氧化在硅表面生成栅极氧化 层，条件是1个大气压，950°C，3%HCL, 11分钟。为 了完成这个任务，可以在ATHENA的Commands菜单 中依次选择Process和Diffuse …，ATHENA Diffuse菜 单将会出现。
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浙大微电子
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栅极氧化
③ 对于Concentration栏，通过滚动条或直接输入，选择理想浓度值为
1.0 ， 而 在 Exp 栏 中 选 择 指 数 的 值 为 14 。 这 就 确 定 了 背 景 浓 度 为
1.0×1014原子数/cm3（也可以通过以Ohm·cm为单位的电阻系数来确
定背景浓度）。
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9 Silvaco TCAD器件仿真模块及器件仿真流程
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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
• 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
Page
21
3 总结
第一部分
器件仿真模块
第二部分
Page 16
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
主要内容
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
• 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
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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
主要内容
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
*
silvacoatlas介绍PPT课件
log off
.
17
器件最终结构
.
18
用tonyplot输出仿真结果
tonyplot GaN_0.log
.
19
.
20
x.max=1 y.min=-0.005 y.max=0 x.max=4 y.min=-0.005 y.max=0 x.max=7 y.min=-0.005 y.max=0
.
12
定义掺杂
doping n.type concentration=5e16 uniform y.min=0 y.max=0.03 doping n.type concentration=1e13 uniform y.min=0.03 y.max=1
.
7
网格的定义
.
8
网格的定义
x.mesh loc=0 x.mesh loc=1 x.mesh loc=2 x.mesh loc=3 x.mesh loc=4 x.mesh loc=5 x.mesh loc=6 x.mesh loc=7
spac=0.5 spac=0.01 spac=0.2 spac=0.01 spac=0.01 spac=0.2 spac=0.01 spac=0.5
.
13
定义材料特性
material ni.min=1e-10 taun0=1e-9 taup0=1e-9 mobility fmct.n GaNsat.n
.
14
选定物理模型
models srh fermi print
.
15
定义接触类型
contact name=gate contact name=source contact name=drain
SilvacoTCAD工艺仿真模块及工艺仿真流程PPT课件
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 two.d diffuse time=30 temp=1200 dryo2 tonyplot quit
Page 16
第16页/共32页
2.2.1 初始化的命令及参数
• 命令initialize可定义衬底或初始化仿真
• 衬底参数: material, orientation, , resitivity …
• 初始化仿真： infile导入已有的结构 仿真维度，, two.d … 网格和结构，, scale, flip.y …
主要内容
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
Page 1
第1页/共32页
1 工艺仿真器介绍
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
Page 2
第2页/共32页
3
第3页/共32页
1.1 工艺仿真模块 DeckBuild 集成环境
器真仿刷印电光 器真仿蚀刻和积淀英精 器真仿蚀刻积沉诺卡托蒙
Page 22
第22页/共32页
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
干氧氧化的完整语法：
及能量和不定形材料引起的分离通道影响
init two.d diffuse time=30 temp=1200 dryo2 tonyplot quit
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2.2.1 初始化的命令及参数
• 命令initialize可定义衬底或初始化仿真
• 衬底参数: material, orientation, , resitivity …
• 初始化仿真： infile导入已有的结构 仿真维度，, two.d … 网格和结构，, scale, flip.y …
主要内容
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
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1 工艺仿真器介绍
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
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第3页/共32页
1.1 工艺仿真模块 DeckBuild 集成环境
器真仿刷印电光 器真仿蚀刻和积淀英精 器真仿蚀刻积沉诺卡托蒙
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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
干氧氧化的完整语法：
及能量和不定形材料引起的分离通道影响
Silvaco器件仿真ppt课件
e. 点击Load example f. 与这个例子相关的输入文件会载入到 g. deckbuild的文本窗口中
h. 此输入文件以及与之相关的其他文件会 i. 自动拷贝到你的工作目录中去
通过点击中间的程序控制窗口 中的run按钮，来运行输入文件。
一旦工艺模拟完成，MOS管的结构将会自动显示出来。如图所示，这是MOS管的 结构图。接下来会自动传递给器件仿真器 - ATLAS来进行器件仿真。
7. 可选择的工艺及器件仿真工具简介 Avanti: Tsuprem4/ Medici
Tsuprem4/Medici是Avanti公司 的二维工艺、器件仿真集成软 件包。Tsuprem4是对应的工艺 仿真软件，Medici是器件仿真 软件。
ISE-TCAD
工艺及器件仿真工具ISE-TCAD 是瑞士 ISE ( Integrated Systems Engineering ) 公司 开发的生产制造用设计（DFM： Design For Manufacturing） 软件，是一种建立在物理基础 上的数值仿真工具，它既可以 进行工艺流程的仿真、器件的 描述，也可以进行器件仿真、 电路性能仿真以及电缺陷仿 真等。基本上是成为行业标准， 功能强大，已被收购，升级版 为Sentaurus TCAD。
器件仿真
工艺描述
几何结构及掺杂
电学特性
(Device parameter extraction tools)
器件模拟参数提取
IC电路特性
(IC Circuit Simulation)
电路模拟用器件模型参数 IC电路仿真
3. 有什么用？ 一方面，充分认识半导体物理学，半导体器件物理学等这些抽象 难懂的理论基础知识在半导体工业中的实际应用。加强理论教学 的效果。 仿真也可以部分取代了耗费成本的硅片实验，可以降低成本，缩 短了开发周期和提高成品率。也就是说，仿真可以虚拟生产并指 导实际生产。
SilvacoTCAD器件仿真
Solve vgate=0.05 vstep=0.05 vfinal=1.0 name=gate
Solve ibase=1e-6
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Silvaco学习
特性获取
I-V 特性：
solve vdrain=0.1 solve vdrain=0.2
… solve vdrain=2.0
转移特性：
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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
例句：
Model bgn fldmob srh
Models conmob fldmob srh auger temp=300 print
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Silvaco学习
特性获取
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电流控制性器件的输出特性：
solve init solve vbase=0.05 vstep=0.05 vfinal=0.8 name=base contact name=base current
#
solve ibase=2.e - 6 save outf=bjt_ib_1.str master solve ibase=4.e - 6 save outf=bjt_ib_2.str master
报错信息：
“trap times more than 4 times” 指计算不收敛。
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Silvaco学习
特性获取
加偏执是用solve状态 先需要设置数据保存在日志文件，之后才
SilvacoTCAD器件仿真3讲解说课材料
impact selb material=InP an2=1e7 ap2=9.36e6 bn2=3.45e6 bp2=2.78e6
material region=1 taun0=5.0e-10 taup0=1.0e-9 vsatn=2.5e7 \ mun0=4000 mup0=200
Material taun0=1.e-9 taup0=1.e-9 f.conmun=hemtex01_interp.lib material align=0.6
Silvaco学习
特性获取
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
*
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Silvaco学习
C解释器
可通过C解释器编辑函数来描述材料参数 C解释器模板路径
X:\sedatools\lib\Atlas\5.14.0.R\common\template 例子
hemtex01.in 中 “f.conmun=hemtex01_interp.lib”
*
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Silvaco学习
例句：
Model bgn fldmob srh
Models conmob fldmob srh auger temp=300 print
Impact selb
*
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Silvaco学习
界面特性
Interface定义界面态电荷（密度cm-2），s.n和s.p 分别为电子和空穴的表面复合速率
material region=1 taun0=5.0e-10 taup0=1.0e-9 vsatn=2.5e7 \ mun0=4000 mup0=200
Material taun0=1.e-9 taup0=1.e-9 f.conmun=hemtex01_interp.lib material align=0.6
Silvaco学习
特性获取
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
*
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Silvaco学习
C解释器
可通过C解释器编辑函数来描述材料参数 C解释器模板路径
X:\sedatools\lib\Atlas\5.14.0.R\common\template 例子
hemtex01.in 中 “f.conmun=hemtex01_interp.lib”
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Silvaco学习
例句：
Model bgn fldmob srh
Models conmob fldmob srh auger temp=300 print
Impact selb
*
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Silvaco学习
界面特性
Interface定义界面态电荷（密度cm-2），s.n和s.p 分别为电子和空穴的表面复合速率
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大家应该也有点累了，稍作休息
大家有疑问的，可以询问和交流
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
工艺级别的网格，这些网格某些程度上不是计算器件参数所必需的。例如在计算如 阈值电压、源/漏电阻，沟渠的电场效应、或者载流子迁移率等等。Devedit可以帮 助在沟渠部分给出更多更密度网格而降低其他不重要的区域部分，例如栅极区域或 者半导体/氧化物界面等等。以此可以提高器件参数的精度。简单说就是重点区域重 点给出网格，不重要区域少给网格。
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
计算方法
在求解方程时所用的计算方法 计算方法包括计算步长、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
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
了解一下ATLAS
ATLAS仿真框架及模块 仿真输入和输出 Mesh 物理模型 数值计算
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。
实例语句
第三讲 Silvaco TCAD 器件仿真
本讲主要内容
器件结构 材料特性 物理模型 计算方法 特性获取和分析
器件仿真流程
器件结构
• 怎样得到器件的结构？
1、工艺生成 2、ATLAS描述 3、DevEdit编辑
• 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
2. 通过实例学语句
实例简介： 此实例演示了肖特基二极管正向特性。大致分为三个部分 （1）用atlas 句法来形成一个二极管结构 （2）为阳极设置肖特基势垒高度 （3）对阳极正向偏压
#调用atlas器件仿真器 go atlas #网格初始化 mesh space.mult=1.0
#x方向网格定义 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
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 必需对器件生成的外在条件、物理过程进行描述。
ATLAS描述器件结构
ATLAS描述器件结构的步骤
mesh region electrode doping
devedit ：athena之外的另一种可以生成器件信息的工具。
功能: （1）勾画器件。 （2）生成网格。(修改网格) 既可以对用devedit画好的器件生成网格，或对athena工艺仿真生成含有网格信息 的器件进行网格修改。
为什么要重新定义网格？ 工艺仿真中所生成的网格是用来形成精确度掺杂浓度分布、结的深度等以适合于
解析： Doping 是语句名称
Uniform 和 p.tpye是两个逻辑型参数，在程序内部对应了逻辑值
CONCENTRATION=1E16 对应的是一个实数型参数。
每一个语句对应多个参数，这些参数代表了这个语句的某种属性，但都 包含在4中参数之中。
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。
#y方向网格定义 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 #定义区域 region num=1 silicon
#定义电极 electr name=anode x.min=5 length=2 electr name=cathode bot
规则3: 参数有4种类型
任何没有逻辑值的参数必须按 PARA=VAL 的形式定义 这里PARA表示参数名称，VAL表示参数值。 包括 ： 特性型，整数型，实数型参数（Character, Integer， Real） 而逻辑型参数必须和其他参数加以区分。
例如，在语句：
DOPING UNIFORM CONCENTRATION=1E16 P.TYPE 中
规则2： 一个语句一般有以下的定义格式： <语句> <参数>=<值>
其中： <语句>表示语句名称 <参数>表示参数名称 <值>表示参数的取值。 间隔符号是被用来分离语句中的多个参数。
Байду номын сангаас
解析：
在一个语句后的参数可以是单词或者数字。
单词可由字母和数字所组成的字符串。由空格（space）或回车 (carriage return)来终止。 例： region (OK) reg ion (wrong) 数字可以是数字也可以是字符串也是由空格（space）或回车 (carriage return)来终止。 例: 3.16 (OK) 3.1 6 (wrong) 数字的取值范围可以从1e-38 到 1e38 数字可以包含符号 + 或 – 或 E（十进制） 例： -3.1415 （OK）