SilvacoTCAD器件仿真

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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

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 器件仿真3

Silvaco TCAD 器件仿真3
interface y.max=0.1 qf=−1e11 interface x.min=−4 x.max=4 y.min=−0.25 y.max=0.1 qf=1e11 \ s.n=1e4 s.p=1e4
21:43
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Silvaco学习
计算方法

Method,仿真时的数值计算方法 主要的方法有newton,gummel,block
(1M~1.024GHz)
solve vbase=0.7 ac freq=1e6 fstep=2 mult.f nfstep=10 solve prev ac freq=1e6 fstep=2 mult.f nfstep=10
直流偏置和交流频率都改变:
solve vgate=0 vstep=0.05 vfinal=1 name=gate ac freq=1e6 \ fstep=2 mult.f nfsteps=10
例句:
Model bgn fldmob srh Models conmob fldmob srh auger temp=300 print Impact selb
21:43
12
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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Silvaco学习
特性获取
电压控制型器件的输出性:
solve init solve vgate=1.1 outf=solve_tmp1 solve vgate=2.2 outf=solve_tmp2 # load infile=solve_tmp1 log outf=mos_ids_1.log solve name=drain vdrain=0 vstep=0.3 vfinal=3.3 # load infile=solve_tmp2 log outf=mos_ids_2.log solve name=drain vdrain=0 vstep=0.3 vfinal=3.3

9 Silvaco TCAD器件仿真模块及器件仿真流程

9 Silvaco TCAD器件仿真模块及器件仿真流程
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
• 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

Silvaco-TCAD-器件仿真2教程文件

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

Silvaco TCAD 器件仿真2.

Silvaco TCAD 器件仿真2.

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”
09:02
Eliminate 前
6
Eliminate 后
Silvaco学习
region
Region将mesh中不同位置以区域组织起来 语法:Region number=<n> <material> <position>
例句:
region num=1 y.max=0.5 silicon region num=2 y.min=0.5 y.max=1.0 x.min=0 x.max=1.0 oxide region num=3 y.min=1.0 y.max=2.0 x.min=0 x.max=1.0 GaAs
impurity id=2 region.id=4 imp="Composition Fraction X" \ x1=0 x2=0 y1=0 y2=0 \ peak.value=0.47 comb.func=Multiply \ rolloff.y=both conc.func.y=Constant \ rolloff.x=both conc.func.x=Constant
max.height=1 max.width=1 min.height=0.001 min.width=0.001 # constr.mesh x1=0 x2=0.1 y1=0.0 y2=1 max.height=0.08 min.width=0.01 constr.mesh x1= − 0.01 x2=0.11 y1=1 y2=2 max.height=0.1 min.width=0.01

工艺及器件仿真工具SILVACO-TCAD

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
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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
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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
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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
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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:

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;
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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。

第三讲 Silvaco TCAD 器件仿真 PPT

第三讲 Silvaco TCAD 器件仿真 PPT

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。

SilvacoTCAD器件仿真3讲解说课材料

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
*
8
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”
*
9
Silvaco学习
例句:
Model bgn fldmob srh
Models conmob fldmob srh auger temp=300 print
Impact selb
*
11
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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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:
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
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
2020/3/3
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
可以用Tonyplot显示出来
Log outfile=*.log
简单例句:
Solve init
Solve vdrain=0.1
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
interface y.max=0.1 qf=−1e11 interface x.min=−4 x.max=4 y.min=−0.25 y.max=0.1 qf=1e11 \
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Silvaco学习
特性获取
瞬态特性:
solve vgate=1.0 ramptime=1e−8 tstop=1e−7 tstep=1e−10
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瞬态仿真参数的说明
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Silvaco学习
特性获取
S参数仿真(电流增益随频率变化的特性):
log outf=ac.log s.param inport=gate outport=drain width=100 solve ac.analysis direct frequency=1.e9 fstep=2.e9 nfsteps=20
solve vdrain=0.1 solve vgate=0.1 vstep=0.1 vfinal=3.0 name=gate
GP 特性:
solve vcollector=2 solve vbase=0.0 vstep=0.1 vfinal=2 name=base
contact name=base common=collector solve vbase=0.0 vstep=0.1 vfinal=2 name=base
2020/3/3
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Silvaco学习
特性获取
霍尔效应仿真:
models srh fldmob bz=1.0 model temperature=300 solve init # probe name=hall1 x=0.0 y=0.5 potential probe name=hall2 x=1.0 y=0.5 potential probe name=reference x=0.5 y=0.5 potential # log outf=hall_effect.log solve name=anode vanode=0.0 vstep=0.05 vfinal=1.0
material material=InGaAs align=0.36 eg300=0.75 nc300=2.1e17 \ nv300=7.7e18 copt=9.6e-11
material material=InP affinity=4.4 align=0.36 eg300=1.35 \ nc300=5.7e17 nv300=1.1e19 copt=1.2e-10
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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
参数及说明如下:
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Silvaco学习
材料参数
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Silvaco学习
材料参数
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Silvaco学习
材料参数
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Silvaco学习
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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
solve ibase=3.e - 15
#
log outfile=gp.log master
solve vcollector=0.2
solve vstep=0.2 vfinal=5 name=collector
solve vstep=0.5 vfinal=10 name=collector compl=5.e - 11 p=3
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Silvaco学习
特性获取
光电效应仿真时光线的设置:
波长、入射点位置和角度: beam num=1 x.orign=5 y.orign=−2 angle=90 wavelenght=.8
一定范围的波长:
beam num=1 x.orign=5 y.orign=−2 angle=90 wavel.start=.5 \ wavel.end=1.7 wave.num=13
n0

mun

Tl 300
tmun

p0

mup

Tl 300
tmup
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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
前后背面的反射:
beam num=2 x.orign=1 y.orign=−1 angle=90 wavelength=1.5 \ back.refl front.refl reflect=5 min.power=0.01
#
load inf=bjt_ib_1.str master log outf=bjt_ib_1.log solve vcollector=0.0 vstep=0.25 vfinal=5.0 name=collector
#
load inf=bjt_ib_2.str master log outf=bjt_ib_2.log solve vcollector=0.0 vstep=0.25 vfinal=5.0 name=collector
(1M~1.024GHz)
solve vbase=0.7 ac freq=1e6 fstep=2 mult.f nfstep=10
solve prev ac freq=1e6 fstep=2 mult.f nfstep=10
直流偏置和交流频率都改变:
solve vgate=0 vstep=0.05 vfinal=1 name=gate ac freq=1e6 \ fstep=2 mult.f nfsteps=10
ate
例子
hemtex01.in 中 “f.conmun=hemtex01_interp.lib”
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Silvaco学习
物理模型
models,计算时所采用的物理模型 物理模型是指有物理意义的方程 物理描述在手册的3.6节Physics Models部分
低场迁移率模型的物理方程及参数
impact selb material=InGaAs an2=5.15e7 ap2=9.69e7 bn2=1.95e6 \ bp2=2.27e6
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
log outf=ac.log s.param inport=gate outport=drain \ in2port=source out2port=source width=100 rin=100
solve ac.analysis direct frequency=1.e9 fstep=2.e9 nfsteps=20
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