silvaco tcad模块在solar cell中的应用
浅谈SILVACO TCAD在VDMOS功率器件设计中的应用
浅谈SILVACO TCAD在VDMOS功率器件设计中的应用作者：张海磊陆建恩严古响徐成保孟欢来源：《电子技术与软件工程》2016年第09期【关键词】SILVACO 半导体工艺器件仿真 VDMOS半导体器件和集成电路的制造过程非常复杂，设备非常昂贵，开发周期长，生产成本大。
例如：一个基本热氧化过程一般需要几小时或更多的时间，而用软件模拟一次仅需要几分钟。
因此现在很多公司在产品研发之初就采用TCAD技术进行设计并仿真。
SILVACO-TCAD软件是由SILVACO公司开发的，公司于1984年成立于美国硅谷。
它是一款非常好的EDA工具，现在已经风靡全球。
1 SILVACO-TCAD的功能SILVACO-TCAD软件主要包括工艺仿真（ATHENA）和器件仿真（ATLAS）。
特别是SPICE 模型的生成，互连寄生参数的的精确描述，基于物理的可靠性建模以及传统的CAD技术，这些都为工程师进行完整地IC设计提供强大的动力和支持。
工艺仿真模块（ATHENA）包括半导体器件和集成电路制造工艺中前道工序几乎所有工艺过程的仿真，例如氧化、扩散、淀积、光刻、刻蚀、离子注入、退火等。
当然还必须进行网格结构设计、衬底初始化以及电极引出。
特别加入了对各项工艺的优化功能，可以设定目标值，可调参数，使系统自动优化分析。
器件仿真模块（ATLAS）主要是对特定半导体器件结构的电学特性以及器件工作时相关的内部物理机理进行仿真，预测工艺参数对电路特性的影响。
例如：晶体管和MOS管的转移特性、输出特性、阈值电压、击穿电压等等。
2 基于SILVACO的VDMOS工艺仿真在进行VDMOS工艺仿真之前，先要确定基本的工艺流程。
本次实验，我们确定的VDMOS工艺流程如图1所示。
确定流程之后，根据设计要求对各道工序的参数进行计算分析。
例如：本实验要求达到600V的击穿电压，通过理论计算分析得出：至少需要38μm厚度的外延层，掺杂浓度为2.5*1014cm-3。
Silvaco-TCAD-器件仿真1只是分享
#.... Guardring doping 定义掺杂： doping p.type conc=1e19 x.min=0 x.max=3 junc=1 rat=0.6 gauss
doping p.type conc=1e19 x.min=9 x.max=12 junc=1 rat=0.6 gauss
#.... N+ doping doping n.type conc=1e20 x.min=0 x.max=12 y.top=2 y.bottom=5 uniform
保存和显 save outf=diodeex01_0.str 示结构： tonyplot diodeex01_0.str -set diodeex01_0.set
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Mobility Models
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Recomnination Models
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Generation Models
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Generation Models (con’t)
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SБайду номын сангаасlvaco学习
Carrier Statistics Models
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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
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器件仿真模块
仿真框架及模块
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Silvaco学习
器件仿真模块
器件模拟软件ATLAS
器件模拟软件ATLAS 拥有两个模拟器：用于所有硅器件模 拟的S-Pisces，和用于高级材料(III-V,II-VI 和混合技术)的 Blaze 器件模拟器。
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。
利用SILVACO TCAD软件改进集成电路实践教学的研究的研究报告
利用SILVACO TCAD软件改进集成电路实践教学的研究的研究报告随着科技的迅速发展和集成电路的应用日益广泛，对于集成电路的实践教学的要求也越来越高。
为了提高学生的实践能力和培养工程实践能力，本研究借助SILVACO TCAD软件，以集成电路中的MOSFET为研究对象，从理论分析、电路设计、模拟分析等方面，对集成电路实践教学进行全面改进。
一、SILVACO TCAD软件介绍SILVACO TCAD软件是一种基于EDA（Electronic Design Automation电子设计自动化）平台的半导体器件和工艺仿真软件，它可以帮助用户设计、优化和验证集成电路和半导体器件。
该软件采用有限元方法和有限差分方法等先进的数值计算技术，可以高效地模拟半导体器件和工艺过程。
二、集成电路实践教学的改进1. 理论分析在课堂上，结合SILVACO TCAD软件的使用，对于MOSFET 的结构、原理、参数等进行深入浅出的讲解，并引导学生通过软件进行参数调整和仿真实验，加深对于理论知识的理解和掌握。
2. 电路设计通过SILVACO TCAD软件，学生可以进行MOSFET元器件的参数设计和搭建，可以根据需要进行电路的调整和优化。
通过电路搭建和仿真实验，学生可以深入了解电路工作过程和特性，同时掌握电路实际应用的技能和方法。
3. 模拟分析在模拟分析方面，SILVACO TCAD软件可以对于MOSFET的电流、电压、功率等参数进行仿真分析，能够直观地呈现出各项参数的变化趋势。
通过对于仿真结果的分析和比对，学生可以更深入地了解MOSFET的性能、特性和应用，并能够准确地评估电路的性能和稳定性。
三、实践效果分析通过实践教学的改进，SILVACO TCAD软件的应用可以有效地提高学生的实践能力和工程实践能力。
SILVACO TCAD软件的使用可以让学生更深入地了解基本器件的结构和原理，掌握电路参数的设计和调整方法，同时也能够更好地了解工程实际应用的技能和方法。
SILVACO与南通大学建立联合实验室
SILVACO与南通大学建立联合实验室
佚名
【期刊名称】《中国集成电路》
【年(卷),期】2008(17)10
【摘要】SILVACO与南通大学电子信息学院于日前在南通大学举行了建立联合实验室的签约仪式。
该联合实验室的建立，提供了采用TCAD软件仿真结合实际半导体工艺线来进行微电子工艺课程教学的先进手段，该联合实验室提供的系列微电子工艺课程，对于南通大学电子信息学院的微电子人才的培养、教学课程研究具有重要意义。
为进一步发挥各自的优势，提升合作水平，SILVACO将在11月8日在南通大学TCAD实验室进行工艺与器件设计与研究的实例培训课程。
【总页数】1页(P8-8)
【关键词】CAD实验室;南通大学;微电子工艺;电子信息;课程教学;软件仿真;TCAD 【正文语种】中文
【中图分类】TP393.1
【相关文献】
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3.阿尔卡特朗讯贝尔实验室与INRIA建立联合研究实验室携手开发下一代互联网关键技术 [J],
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一种提高CIGS效率的方法
2021年13期科技创新与应用Technology Innovation and Application方法创新一种提高CIGS 效率的方法杨正茂（上海电力大学电子与信息工程学院，上海201306）环境污染和能源的短缺已经严重阻碍了当今社会和经济的发展，影响人们的正常生活，因此，人们迫切需要寻求一种可以直接取代煤炭、石油、天然气等主要的化石能源[1]。
太阳能是一种取之不尽、用之不竭的清洁能源，它的出现完美地解决了目前能源短缺和环境污染的问题。
而太阳能电池则是可以利用光生伏特效应将光能直接转换成电能的装置。
目前市场上，技术最为成熟的就是晶体硅太阳能电池，几十年来一直在光伏产业扮演着重要的角色。
除此之外，还有非晶体硅，硫化镉、碲化镉类，砷化镓等芋-V 族化合物，铜铟硒类太阳能电池越来越受到重视。
其中，Cu （In 1-x Ga x ）Se 2（CIGS ）薄膜太阳能电池因其取材廉价，较高的转换率以及突出的稳定性在太阳能电池中受到人们的广泛关注。
本文主要介绍了CIGS 薄膜电池的主要组成以及其发电的原理，在此理论基础上提出了一种新型npn 太阳能电池结构并通过SILVACO -TCAD 软件中的Athena [2]工艺仿真将电池构建出来，其次将电池和同种参数的传统电池做了比较，直观地发现新型太阳能电池结构的优势。
为了更好地优化文章中提出的新型结构，对电池组分做了讨论，即镓浓度大小对新型太阳能电池的影响做了相关的研究。
1研究意义目前全球的环境污染和能源危机是人们将要面临的重要问题，已经开始威胁到人类的生存，因此人们开始寻找清洁的替代能源。
在20世纪时，人类过度使用煤炭、石油、天然气作为主要消耗能源，直到目前才意识到新能源才是真正需要利用的能源。
太阳能作为一种新能源，与之前的那些不可再生能源等常规能源相比有诸多优点：（1）太阳能的储备量丰富。
首先太阳能是取之不尽、用之不竭的可再生能源。
每年照射到地球表面上的太阳辐射能就能替代约一百多万亿吨标煤。
Silvaco_TCAD_工艺仿真1
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另外，通过HCL或Cl2有助于清洁氧化炉中的 金属杂质，同时也有增快氧化速率的作用 。
氧化过程通常以费克定律方程及气流平衡 方程描述。对于特定温度下，氧化层厚度 和氧化时间的关系有两个极限形式：
1）在氧化层的厚度足够薄的时候，氧化速率是 线性的； 2）在氧化层足够厚的时候，其速率为抛物线的 。
所有关键制造步骤的快速精确的模拟，包括 CMOS，bipolar，SiGe，SOI，III-V，光电子学 以及功率器件技术
精确预测器件结构中的几何结构，掺杂剂量分 配，和应力 有助于IDMs，芯片生产厂商以及设计公司优化 半导体工艺，达到速度、产量、击穿、泄漏电 流和可靠性的最佳结合
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结构操作
命令structure 可以保存和导入结构， 对结构做镜像或翻转 参数： infile,outfile,flip.y,mirror [left|right|top|bottom] 在仿真到一定步骤时可 适当保存结构
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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 structure outfile=oxide.str extract name="Tox" thickness \ oxide mat.occno=1 tonyplot
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Silvaco仿真在光电子技术实验教学中的应用
Silvaco仿真在光电子技术实验教学中的应用作者：况亚伟杨希峰涂国辉徐竞王书昶张惠国来源：《教育教学论坛》2020年第18期[摘要] 光电子技术实验是光电信息科学与工程专业专业方向的一门集中实践课程。
该专业在工程认证背景下，为了实现课程对指标点有力的支撑，将Silvaco仿真平台引入实验课程建设，设计并实践了一系列验证性、设计性以及综合性等类型的实验，并与传统实践项目结合，在提升学生动手实践能力的同时，增强学生对光电子器件理论知识的理解，提升学习主动性。
[关键词] 光电子技術实验;器件仿真;实验平台一、引言光电子技术实验是光电信息科学与工程专业专业方向的一门集中实践课程。
光电子技术实验是集光电技术、信息处理技术于一体的一门综合实验，是培养光信息科学与技术人才和光电子人才必不可少的课程，涵盖光电子技术、光电检测技术、信息光学、光电传感技术原理与应用等专业基础课的实验内容。
其目的和任务是使学生掌握光电信息技术中重要光源与探测器件、光纤通信器件的基本特性和特征参数及应用技术，熟悉现代光电信息处理的基本方法，学习光电信息系统的软硬件设计，培养学生正确应用光电器件、设备，建立合适的光电系统，以解决实际问题的能力。
光电子器件作为实验的载体，其设计的理论知识量大，与前后课程的关联紧密。
尤其在工程认证背景下基于OBE理念的课程设置方案，该课程在毕业要求能力矩阵中的设计/开发解决方案进行强支撑，具体描述为能够通过建模，进行元器件参数、电路功能和性能等仿真和计算，设计满足特定需求的硬件电路和软件设计，并在设计环节中体现创新意识。
为此，课题组对光电子技术实验进行了改革与创新，在传统实验项目的基础上，将Silvaco仿真平台引入实验课程教学，利用该平台在对复杂抽象物理概念进行建模的基础上，可以提取器件参数，有助于学生对于概念和器件工作机制的理解，更好的完成对能力矩阵的支撑。
二、仿真平台结构Silvaco研发的技术计算机辅助设计TCAD仿真软件是行业中的佼佼者。
9 Silvaco TCAD器件仿真模块及器件仿真流程
1.1.3 先进的数值方法
• 准确和强大的离散化技术
• Gummel、Newton和Block-Newton非线性迭代策略
• 对线性子问题的有效地求解，直接迭代
• 强大的初步猜测技术
• 小信号计算技术，包括所有的频率 • 稳定和精确的时间集成
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1.2 ATLAS仿真模块
• • • • • • • • • • • • • •
page112全面的物理模型dcacsmallsignalfulltimedependencydriftdiffusiontransportmodelsenergybalancehydrodynamictransportmodelslatticeheatingabruptheterojunctionsoptoelectronicinteractionsgeneralraytracingpolycrystallinematerialsgeneralcircuitenvironmentsstimulatedemissionboltzmannstatisticsadvancedmobilitymodelspage112全面的物理模型续heavydopingeffectsfullacceptordonortrapdynamicsohmicschottkyinsulatingcontactssrhradiativeaugersurfacerecombinationimpactionizationlocalfloatinggatesfowlernordheimtunnelinghotcarrierinjectionquantumtransportmodelsthermionicemissioncurrentspage113先进的数值方法稳定和精确的时间集成page12atlas仿真模块devedit2d3d二维三维器件编辑器page12atlas仿真模块续page后显示的可用模块12atlas仿真模块续enabledspiscesenabledblazeenabledgigaenabledluminousenabledledenabledtftenabledorganicdisplayenabledorganicsolarenabledmixedmodeenabledlaserenabledvcselenabledferroenabledquantumenablednoise10goatlas13器件仿真的输入和输出page11page器件仿真流程第一部分第二部分器件仿真模块第三部分总结器件仿真流程21器件仿真流程page13meshregionelectrodedopingmaterialmodelscontactinterfacelogsolveloadsavemethodextracttonyplot结果分析211器件
12 Silvaco TCAD器件仿真器件特性获取方式及结果分析
contact name=source con.resistance=0.01
电极间短接
contact name=base common=collector
gate1的电压始终等于gate2电极的电压加上0.1V
contact name=gate1 common=gate2 factor=0.1
• Curvetrace和solve联合使用可用于击穿电压仿真、 CMOS闩锁仿真和二次击穿仿真
go atlas
IGBT闩锁效应仿真
init infile=IGBT.str
…
curvetrace =collector step.init=0.05 \
nextst.ratio=1.1 mincur=1e-13 end.val=1e-3 \
3.1 结构文件导出数据
• 1、Cutline • 2、File>Export • 3、Format选择Tonyplot User Data • 4、路径，文件名，OK!
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3.2 日志文件导出数据
• 1、File>Export • 2、Format选择Comma Separated Values • 3、路径，文件名，OK!
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3 结果分析
第一部分
电极接触特性
第二部分
器件特性的获取方式
第三部分
结果分析
第四部分 总结
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3 结果分析
• 结果的类型
➢ 实时输出（output.txt） ➢ 结构文件（*.str） ➢ 日志文件（*.log）
• 结果分析
➢ Tonyplot显示 ➢ 导出数据
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SILVACO TCAD提供完善及优秀的集成仿真软件，用于太阳能电池技术的各个方面。
我们特别为太阳能电池技术定制的TCAD模块包括：S-PISCES/DEVICE 3D, BLAZE 2D/3D, LUMINOUS 2D/3D, 以及TFT 2D/3D。
TCAD驱动的CAD方法为器件工程师提供了最为精确的模型。
对高级太阳能电池仿真解决方案有兴趣的公司，SILVACO是您一站式的软件供应商。
S-PISCES/DEVICE3D是一个高级的2D/3D器件仿真器，用于合并漂流扩散和能量平衡传输方程的硅化技术。
它拥有大量的针对太阳能电池仿真的可用物理模型集合，包括表面/体迁移率、复合、碰撞电离和隧道模型等。
BLAZE 2D/3D仿真使用高级材料制作的太阳能电池器件。
它包括一个二元、三元以及四元半导体库。
Blaze拥有多种内置模型，用于仿真最新技术的多结太阳能电池器件。
LUMINOUS 2D/3D是一个专门打造的高级2D/3D 仿真器，用于在非平面太阳能器件中的光吸收和图像生成的建模。
使用几何光线追踪而得到用于一般光源的精确解决方案。
此特征使得LUMINOUS能够解释任意拓扑、内部和外部反射和折射，极化依赖性和偏振极化等。
LUMINOUS也允许光学转换矩阵方法，用于分层器件中的相干效应。
电子束传播法也可以用来仿真相干效应和衍射。
LUMINOUS 2D/3D还能够提取太阳能电池的特征如收集效率、光谱响应、开路电压和短路电流等。
TFT 2D/3D是一个高级2D/3D器件技术仿真器，其物理模型和专用数字技术是模拟非晶体或包括薄膜晶体管在内的多晶硅器件所必需的。
TFT2D/3D配合LUMINOUS 2D/3D使用，用来仿真非晶体硅制造的薄膜太阳能电池。
可提取频谱、DC和瞬态响应等。