第三講 Silvaco TCAD 器件仿真01

1、光電子器件綜合設(shè)計,-,器件仿真,本講主要內(nèi)容,?,器件結(jié)構(gòu),?,材料特性,?,物理模型,?,計算方法,?,特性獲取和分析,2,器件仿真流程,08:37,Silvaco,學(xué)習(xí),3,器件結(jié)構(gòu),?,怎樣得到器件的結(jié)構(gòu)？,1,、工藝生成,2,、,ATLAS,描述,3,、,DevEdit,編輯,?,需要注意的情況,除了精確定義尺寸外也需特別注意網(wǎng)格,電極的定義（器件仿真上的短接和懸空）,金屬材料的默認(rèn)特性,功能,:,（,1,）勾畫器件。,（,2,）生成網(wǎng)格。,(,修改網(wǎng)格,),既可以對用,devedit,畫好的器件生成網(wǎng)格，或?qū)?athena,工藝仿真生成含有網(wǎng)格信息,的器件進(jìn)行網(wǎng)格修改。,為什么要重

2、新定義網(wǎng)格？,工藝仿真中所生成的網(wǎng)格是用來形成精確度摻雜濃度分布、結(jié)的深度等以適合于,工藝級別的網(wǎng)格，這些網(wǎng)格某些程度上不是計算器件參數(shù)所必需的。例如在計算如,閾值電壓、源,/,漏電阻，溝渠的電場效應(yīng)、或者載流子遷移率等等。,Devedit,可以幫,助在溝渠部分給出更多更密度網(wǎng)格而降低其他不重要的區(qū)域部分，例如柵極區(qū)域或,者半導(dǎo)體,/,氧化物界面等等。以此可以提高器件參數(shù)的精度。簡單說就是重點區(qū)域重,點給出網(wǎng)格，不重要區(qū)域少給網(wǎng)格。,和工藝仿真的區(qū)別：,devedit,-,考慮結(jié)果,他不考慮器件生成的實際物理過程，生成器件時不需要對時,間、溫度等物理量進(jìn)行考慮。,athena,-,考慮過程,必

3、需對器件生成的外在條件、物理過程進(jìn)行描述。,devedit,：,athena,之外的另一種可以生成器件信息的工具。,ATLAS,描述器件結(jié)構(gòu),?,ATLAS,描述器件結(jié)構(gòu)的步驟,mesh,region,electrode,doping,材料特性,?,材料的參數(shù)有工藝參數(shù)和器件參數(shù),?,材料參數(shù)是和物理模型相關(guān)聯(lián)的,?,軟件自帶有默認(rèn)的模型和參數(shù),?,可通過實驗或查找文獻(xiàn)來自己定義參數(shù),物理模型,?,物理量是按照相應(yīng)的物理模型方程求得的,?,物理模型的選擇要視實際情況而定,?,所以仿真不只是純粹數(shù)學(xué)上的計算,計算方法,?,在求解方程時所用的計算方法,?,計算方法包括計算步長、迭代方法、初始化,策

4、略、迭代次數(shù)等,?,計算不收斂通常是網(wǎng)格引起的,特性獲取和分析,?,不同器件所關(guān)注的特性不一樣，需要對,相應(yīng)器件有所了解,?,不同特性的獲取方式跟實際測試對照來,理解,?,從結(jié)構(gòu)或數(shù)據(jù)文件看仿真結(jié)果,了解一下,ATLAS,?,ATLAS,仿真框架及模塊,?,仿真輸入和輸出,?,Mesh,?,物理模型,?,數(shù)值計算,本章介紹,ATLAS,器件仿真器中所用到的語句和參數(shù)。,具體包括：,1.,語句的語法規(guī)則,2.,語句名稱,3.,語句所用到的參數(shù)列表，,包括類型，默認(rèn)值及參數(shù)的描述,4.,正確使用語句的實例,學(xué)習(xí)重點,（,1,）,語法規(guī)則,（,2,）用,ATLAS,程序語言編寫器件結(jié)構(gòu),二、半導(dǎo)體器

5、件仿真軟件使用,1.,語法規(guī)則,規(guī)則,1,：,語句和參數(shù)是不區(qū)分大小寫的。,A=a,可以在大寫字母下或小寫字母下編寫。,abc=Abc=aBc,規(guī)則,2,：,一個語句一般有以下的定義格式：,語句, ,參數(shù),=,值,其中：,語句,表示語句名稱,參數(shù),表示參數(shù)名稱,值,表示參數(shù)的取值。,間隔符號是被用來分離語句中的多個參數(shù)。,解析：,在一個語句后的參數(shù)可以是單詞或者數(shù)字。,單詞可由字母和數(shù)字所組成的字符串。由空格（,space,）或回車,(carriage return),來終止。,例：,region (OK) reg,ion (wrong),數(shù)字可以是數(shù)字也可以是字符串也是由空格（,space,

6、）或回車,(carriage return),來終止。,例,: 3.16 (OK) 3.1 6 (wrong),數(shù)字的取值范圍可以從,1e-38,到,1e38,數(shù)字可以包含符號,+,或,或,E,（十進(jìn)制）,例：,-3.1415,（,OK,）,規(guī)則,3:,參數(shù)有,4,種類型,任何沒有邏輯值的參數(shù)必須按,PARA=VAL,的形式定義,這里,PARA,表示參數(shù)名稱，,VAL,表示參數(shù)值。,包括,：,特性型，整數(shù)型，實數(shù)型參數(shù)（,Character, Integer,，,Real,）,而邏輯型參數(shù)必須和其他參數(shù)加以區(qū)分。,Parameter,Description,Value Required,Exa

7、mple,Character,Any character string,Yes,material=silicon,Integer,Any whole number,Yes,region=1,Logical,A true or false condition,No,gaussian,Real,Any real number,Yes,x.min=0.1,例如，在語句：,DOPING UNIFORM CONCENTRATION=1E16 P,.TYPE,中,解析：,Doping,是語句名稱,Uniform,和,p.tpye,是兩個邏輯型參數(shù)，在程序內(nèi)部對應(yīng)了邏輯值,CONCENTRATION=1E1

8、6,對應(yīng)的是一個實數(shù)型參數(shù)。,每一個語句對應(yīng)多個參數(shù)，這些參數(shù)代表了這個語句的某種屬性，但都,包含在,4,中參數(shù)之中。,溫馨提示：,（,1,）命令縮減,沒有必要輸入一個語句或參數(shù)名的全稱。,ATLAS,只需要用戶輸入足夠的字,符來區(qū)分于其他命令或參數(shù)。,例：,命令語句,DOP,等同于,doping,，,可以作為其命令簡寫。,但建議不要過度簡單，以免程序含糊不清，不利于將來調(diào)用時閱讀。,（,2,）連續(xù)行,有的語句超過,256,個字符，為了不出現(xiàn)錯誤，,ATLAS,語序定義連續(xù)行。,將反斜線符號,放在一條語句的末尾，那么程序每當(dāng)遇到,都會視下一行為,上一行的延續(xù)。,2.,通過實例學(xué)語句,實例簡介：

9、,此實例演示了肖特基二極管正向特性。大致分為三個部分,（,1,）用,atlas,句法來形成一個二極管結(jié)構(gòu),（,2,）為陽極設(shè)置肖特基勢壘高度,（,3,）對陽極正向偏壓,實例語句,#,調(diào)用,atlas,器件仿真器,go atlas,#,網(wǎng)格初始化,mesh space.mult=1.0,#,x,方向網(wǎng)格定義,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 sp

10、ac=0.5,#,y,方向網(wǎng)格定義,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,#,定義區(qū)域,region num=1 silicon,#,定義電極,electr,name=anode x.min=5 length=2,electr,name=cathode bot,#. N-epi,doping,定義初始摻雜濃度,doping n.type,conc=5.e16 uniform,#. Guardring,doping,定義,p,環(huán)保護(hù)摻雜

11、,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,save outf=diode.str,tonyplot,diode.str,-set diode.set,#,物理模型定義,model conmob,fldmob,srh,auger bg

12、n,#,定義接觸電極類型,contact name=anode workf=4.97,#,偏壓初始化,solve init,#,數(shù)值計算方法,method newton,log outfile=diodeex01.log,#,設(shè)置偏壓求解,solve vanode=0.05 vstep=0.05 vfinal=1 name=anode,tonyplot,diodeex01.log -set diodeex01_log.set,quit,解析：,（,1,）,第一部分語句用來描述器件，包括網(wǎng)格參數(shù)（,mesh,）,電極設(shè)置,（,electrode locations,）以及摻雜分布（,doping

13、 distribution,）,這是,一個具有重?fù)诫s的浮動式環(huán)狀保護(hù)區(qū)域的二維,n,類型器件，它分布,在結(jié)構(gòu)的左右兩邊。肖特基陽極在器件頂端，重?fù)诫s的陰極位于器件,底端。,（,2,）,在器件描述之后，模型語句被用來定義下列模型：,載流子濃度、遷移率、場遷移率、能隙變窄、,SRH,激發(fā)復(fù)合模型、,Auger,復(fù)合模型、雙載流子模型（,carriers=2,）。,關(guān)鍵語句是設(shè)置肖特基接觸,contact name=,(char,表示接觸的名稱，用英文字符來表示比如,anode cathode),workf=,(val,表示變量參數(shù)，用來設(shè)置功函數(shù)大小,),這個語句是用來設(shè)置肖特基電極的功函數(shù)的。,

14、在這個例子里面，因為襯底是親和能為,4.17,的,n,類型硅，所指定的,功函數(shù)為,4.97,，這樣提供了一個肖特基勢壘的高度為,0.8V.,默認(rèn)的勢,壘高度是,0.,（一個完美的歐姆接觸）這個條件是為陰極假定的。,（,3,）電學(xué)仿真簡單地將陽極電壓以間隔為,0.05V,升至,1.0V.,語句和參數(shù)詳解,#,語句,1,仿真器調(diào)用命令語句,go,調(diào)用,atlas,器件仿真器需要用到,go,語句：,go atlas,解析：,go,用來退出和重新啟動,atlas,仿真器,注意：,這個命令是通過,deckbuild,來執(zhí)行的,主要包括三大部分內(nèi)容,（,1,）器件編輯語句,region,、,electro

15、de,、,doping,等,（,2,）模型與環(huán)境設(shè)置語句,models method,等,（,3,）電學(xué)特性仿真語句,solve,等,mesh,?,語句,#2 mesh,語句功能,：,mesh,定義網(wǎng)格信息。類似于,athena,仿真器中的,Line.,語法規(guī)則,：,.MESH LOCATION= SPACING=,語句解析：,此語句定義了網(wǎng)格線的位置和間隔。狀態(tài)有,mesh,，,x.mesh,，,y.mesh,，,eliminate,等,參數(shù)解析：,參數(shù),#1 mesh,：,MESH INF=,導(dǎo)入由,DevEdit,創(chuàng)建的器件結(jié)構(gòu),參數(shù),#2,：,x.mesh,和,y.mesh,定義網(wǎng)格位

16、置及其間隔,(line),mesh space.mult= ,對網(wǎng)格進(jìn)行控制,默認(rèn)值為,1,。,定義網(wǎng)格時必須先使用這句來初始化網(wǎng)格。,例如：,mesh infile=nmos.str,x.mesh,loc=0.1 spac=0.05,mesh,?,參數(shù),#3 Eliminate,可以在,ATLAS,生成的,mesh,基礎(chǔ)上消除掉一些網(wǎng)格線，消除方,式為隔一條刪一條,?,可用參數(shù)有,columns,rows, ix.low,ix.high,iy.low.ly.high,x.min,x.max,y.min,y.max,例如：,Eliminate columns x.min=0.2 x.max=1

17、.4 y.min=0.2 y.max=0.7,Eliminate,前,Eliminate,后,#,例,1,設(shè)置初始網(wǎng)格均勻分布，為,1.0,微米,mesh space.mult=1.0,#,例,2,設(shè)置,x,方向網(wǎng)格,，,從以,0.5,間隔的,x=0.00,的位置漸變過渡,到以,0.2,為間隔的,x=3.0,的位置。,這樣可以根據(jù)需要設(shè)置多個網(wǎng)格。,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

18、.2,x.mesh,loc=12.00 spac=0.5,mesh,解析：,以上建立了一個含有網(wǎng)格信息的,12,微米,5,微米大小的,區(qū)域。,.MESH,定義沿著,方向的網(wǎng)格位置。,注意：,x,y,z,方向上定義是等價的。,語法結(jié)構(gòu)如下：,X.MESH LOCATION=,數(shù)值, SPACING=,數(shù)值,Location,定義了網(wǎng)格線的位置，,Spacing,定義了網(wǎng)格間隔。,#,例,3,設(shè)置,y,方向網(wǎng)格信息,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 s

19、pac=0.4,mesh,#,語句,3,區(qū)域定義語句,region num=1 silicon,解析,:,region,語句定義了材料的位置,每一個三角形都必須定義成一種材料。,語法結(jié)構(gòu)如下：,REGION NUMBER= ,Number=,定義了一個區(qū)域的序號，它可以從,1,到,200.,具有同一個區(qū)域序,號的多重區(qū)域線條可以用來定義一個具有多個矩形特征的區(qū)域。,是一種或多種材料的名字,如,silicon sio2 polysilicon,等。,是一個或多個位置參數(shù)。,mesh,region num=1 silicon x.min=1.0 x.max=12 y.min=0.5 y.max=5

20、,對于一個區(qū)域，可以指定其,材料屬性和位置坐標(biāo),mesh,region num=1 silicon x.min=1.0 x.max=12 y.min=0.5 y.max=5,region num=2 sio2 x.min=0.0 x.max=1 y.min=0 y.max=5,定義多個區(qū)域，,可使用多個,region,語句來完成。,mesh,region num=1 silicon x.min=1.0 x.max=12 y.min=0.5 y.max=5,region num=2 sio2 x.min=0.0 x.max=1 y.min=0 y.max=5,region num=2 sio2

21、x.min=0.0 x.max=12 y.min=0 y.max=1,定義每個區(qū)域,可以使用多條,Region,語句，,只要保證區(qū)域,標(biāo)號一致即可。,mesh,MATERIALS,#,語句,3 materials,語句功能：,語法規(guī)則：,MATERIAL ,區(qū)域參數(shù), ,材料名稱, ,材料參數(shù),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

22、.7e17 nv300=1.1e19 copt=1.2e-10,material region=1 taun0=5.0e-10 taup0=1.0e-9 vsatn=2.5e7 ,mun0=4000 mup0=200,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 taun0=1.e-9 taup0=1.e-9 f.conmun=hemtex01_i

23、nterp.lib,material align=0.6,例句：,可選的材料,材料參數(shù),37,?,材料參數(shù)和物理模型的選取有關(guān)，常用的,參數(shù)及說明如下：,材料參數(shù),38,材料參數(shù),08:37,39,材料參數(shù),08:37,Silvaco,學(xué)習(xí),40,#,語句,4,電極定義語句，其基本格式是,# ELECTRODE,NAME=,NUMBER=,電極語句,電極名稱,電極編號,電極位置,electr,name=anode x.min=5 length=2,electr,name=cathode bot,(,系統(tǒng)默認(rèn)是電極位置為,top x.min=0 x.max=x.max),electr,name=

24、anode x.min=5 length=2 y.min=0 y.max=0.5,electr,name=cathode bot,electr,name=anode x.min=5 length=2 y.min=0 y.max=0.5,electr,name=cathode y.min=4.5 y.max=5,#,語句,5,摻雜定義語句,doping, ,摻雜語句,摻雜形態(tài)定義,摻雜類型定義,摻雜濃度定義,摻雜位置,分布：,uniform,gaussian,erfc,，具體設(shè)置還可分為三組,1,，,Concentration and junction,2,，,Dose and characte

25、ristic,3,，,Concentration and characteristic,雜質(zhì)類型：,n.type,p.type,位置：,region,x.min,x.max,y.min,y.max,peak,junction,例：,# p type doping,doping p.type,conc=1e19 x.min=0 x.max=3 junc=1 rat=0.6 gauss,注：,Doping,語句是用來定義器件結(jié)構(gòu)中的摻雜分布。,對于一組,doping,語句，每一個語句都是在之前語句的基礎(chǔ)上,給出的，有疊加的效果。,摻雜定義,Doping,語句參數(shù)詳解：,1.,解析分布類型參數(shù)介紹,

26、這些參數(shù)語句定義了,Atlas,將如何從解析函數(shù)中生成一個摻雜分布,.,（,1,）,Gaussian,類型解析分布,Gaussian,定義了高斯解析函數(shù)的使用來生成一個摻雜分布。,如果,Gaussian,被定義了，那么下面的參數(shù)必須被定義。,(i),極性參數(shù),N.type,P,.type,(ii),下列分布定義之一：,concentration,和,junction,濃度和結(jié)深,concenration,和,charactreistic,濃度和特性,dose,和,characteristic,劑量和特性長度,（,2,）,Uniform,定義了使用常數(shù)作為解析函數(shù)來生成摻雜分布。摻,雜會通過邊界

27、參數(shù)被定義在一個,box,中。這個,box,的默認(rèn)值是整個,區(qū)域。同樣如果,Uniform,被定義了，那么,N.type,P,.type,以及濃度參數(shù),都必須定義。,Antimony,銻,Arsenic,砷,Boron,硼,Indium,銦,Phosphorus,磷,E.LEVEL,設(shè)置了分立陷阱能級的能量。,對于,acceptors,，是對應(yīng)于導(dǎo)帶邊緣的。,對于,donors,，是對應(yīng)于價帶邊緣的。,N.Type,Donor,定義了一個,n,類型或,donor,類型的摻雜物。,此參數(shù)可,以與,gaussian,或,uniform,分布類型聯(lián)合使用。,P,.Type,Acceptor,定義一個

28、,p,類型或,acctoper,類型的摻雜物。此參數(shù)可,以與,gaussian,或,uniform,分布類型聯(lián)合使用。,Trap,定義了摻雜濃度被處理為陷阱態(tài)密度。,OX.Charge,定義了一個固定的氧化物電荷分布。氧化物電荷只能在,任何絕緣物區(qū)域使用。,2.,摻雜物類型參數(shù)介紹,3.,垂直分布參數(shù),Concentration,濃度,定義了峰值濃度當(dāng)高斯分布被使用時。,如果此參數(shù)未被定,義，峰值濃度會從極性參數(shù)，邊界條件，計量，或電阻率，,特征濃度中計算出來。當(dāng),uniform,分布被定義，,concentration,參數(shù)被定義為均勻摻雜濃度的值，濃度必須是正的。,Dose,劑量,只適用于

29、高斯分布,，定義了高斯分布的總劑量。,Junction,結(jié)深,定義了高斯分布的硅區(qū)域內(nèi)部,p-n,結(jié)的位置。當(dāng),junction,被,定義了，,characteristic length,會通過在常數(shù)矩形區(qū)域的終點,之間的一個迭代中點檢測摻雜濃度而計算出來。,Junction,的位置只是通過考慮所有前面摻雜語句信息來估,算的，這意味著某些情況下，,doping,語句的順序是很重要的。,doping n.type,conc=5.e16 uniform,doping p.type,conc=1e19 y.min=0 y.max=0 char=30 gauss,doping n.type,conc=

30、1e19 y.min=300 y.max=300 char=30 gauss,CHARACTERISTIC,定義了注入物的基本特征長度。如果此參數(shù)未被定義，基本特,征長度可以從極性參數(shù)、邊界條件參數(shù)、濃度和結(jié)參數(shù)中獲得。,Doping,例句,doping uniform conc=1e16 n.type region=1,doping region=1 gaussian conc=1e18 peak=0.1 characteristic=0.05 ,p.type x.left=0.0 x.right=1.0,doping region=1 gauss conc=1e18 peak=0.2 ju

31、nct=0.15,doping x.min=0.0 x.max=1.0 y.min=0.0 y.max=1.0 n.type ascii ,infile=concdata,均勻摻雜,高斯分布,從文件導(dǎo)入雜質(zhì)分布,go atlas,mesh space.mult=1.0,x.mesh,loc=0.00 spac=5,x.mesh,loc=12.00 spac=5,y.mesh,loc=0.00 spac=1,y.mesh,loc=30 space=5,y.mesh,loc=270.00 spac=5,y.mesh,loc=300.00 spac=1,region num=1 silicon x.

32、min=0.0 x.max=12 y.min=0.0 y.max=300,electr,name=anode top,electr,name=cathode bot,doping n.type,conc=5.e16 uniform,doping p.type,conc=1e19 y.min=0 y.max=0 char=30 gauss,doping n.type,conc=1e19 y.min=300 y.max=300 char=30 gauss,Doping,例句,Doping,例句,save outf=diodeex01_3.str,solve init,method newton,l

33、og outfile=diodeex01_1.log,solve vanode=0.0 vstep=0.5 vfinal=100 name=anode,quit,Doping,例句,doping n.type,conc=5.e16 uniform,doping p.type,conc=1e19 peak=20 char=30 gauss,doping n.type,conc=1e19 peak=280 char=30 gauss,Peak,定義了高斯分布中峰值濃度的深度位置。,Doping,例句,4.,水平方向擴(kuò)展參數(shù)類型,X.Min,X.Max,Y.Min,Y.max,Z.Min,Z.Max

34、,用以定義矩形邊界。,X.Left,X.min,用以定義左側(cè)邊界,X.Right,X.Max,用以定義右側(cè)邊界,Y.Top. Y.Min,用以定義上方邊界,Y.Bottom,Y.Max,用以定義下方邊界,Z.Back,Z.Min,用以定義后方邊界,Z.Front,Z.Max,用以定義前方邊界,Doping,例句,5.,水平方向分布參數(shù)類型,Lat.Char,定義水平（,x,方向）特征長度，如果不定義此長度,則通過下列公式計算,Lat.Char,= Ratio.Lateral,* Char,其中,Char,是,y,方向上的特征長度，,Ratio.Lateral,是,x,方向與,y,方向的特征長度

35、比例系數(shù)）,doping n.type,conc=5.e16 uniform,doping p.type,conc=1e19 x.min=0 x.max=3 char=20 lat.char=0.1 gauss,改變,lat.char,分別為,0.1,、,1,、,5,、,12,對水平方向摻雜分布的影響,如,圖所示,Doping,例句,Doping,例句,6. Trap,（陷阱）,參數(shù),REGION,指定對哪個區(qū)域進(jìn)行陷阱參數(shù)設(shè)置，系統(tǒng)默認(rèn)對所有區(qū)域進(jìn)行,設(shè)置。,E.LEVEL,設(shè)置分立陷阱能級，,對于,acceptors, E.LEVEL,在導(dǎo)帶附近,對于,donors,，,E.LEVEL,在

36、共價帶附近。,DEGEN.FAC,定義了陷阱能級的退化因子，用來計算密度。,SIGN,、,SIGP,定義了對于電子或空穴的陷阱,捕獲橫截部分（,capture cross,section,）,TAUN TAUP,定義了陷阱能級中的電子壽命和空穴壽命。,Doping,例句,#,語句,6 save,輸出結(jié)構(gòu)結(jié)果保存語句，,其基本格式為,SAVE OUTFILE=,save outf=diodeex01_0.str,#,語句,7,tonyplot,輸出文件繪制語句,tonyplot,*.str -set *.set,界面特性,interface y.max=0.1 qf,=?1e11,interfa

37、ce x.min=?4 x.max=4 y.min=?0.25 y.max=0.1 qf=1e11,s.n=1e4 s.p=1e4,語句,#7,界面特性定義語句,Interface,定義界面電荷密度（,cm,-2,）和表面復(fù)合速率，,s.n,和,s.p,分別為電子和空穴的表面復(fù)合速率。,注（,1,）界面默認(rèn)類型為半導(dǎo)體,-,絕緣體界面，或半導(dǎo)體,-,半導(dǎo)體之,間的區(qū)域、半導(dǎo)體的邊界區(qū)域,（,2,）,S.S,，,S.M,，,S.C,，為界面模型應(yīng)用在半導(dǎo)體,-,半導(dǎo)體界面，半導(dǎo),體,-,金屬界面，半導(dǎo)體,-,導(dǎo)體界面,?,界面定義,interface,*,界面態(tài)的定義（必須,interface,

38、與,inttrap,一起使用）,interface s.s,charge=,-,5e14 thermionic tunnel x.min=9 x.max=14 y.min=2.5 ,y.min=2.502,inttrap,s.s,e.level=1.61,acceptor,density=5e14 degen=1 sign=7e-16 ,sigp=6e-16,上例中,interface,語句定義了在指定的半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)界面存在,5e14,的界面電,荷，其電子輸運(yùn)機(jī)制為,thermionic&tunnel,兩個模型。,inttrap,語句定義了在指定的半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)界面的界面電荷起受主作用在禁帶中,

39、引入的能級位置在導(dǎo)帶下,1.61eV,處，且該受主能級的簡并度為,1,，對電子和空穴的,俘獲截面各為,7e-16,和,6e-16,。,acceptor,-,5e14,e.level,以導(dǎo)帶為參考,donor,+,5e14,e.level,以價帶為參考,*,界面固定電荷的定義,INTERFACE QF=3e10 X.MIN=1.0 X.MAX=2 Y.MIN=0.0 Y.MAX=0.5,?,體內(nèi)陷阱的定義,trap,trap material=Silicon e.level=0.9 donor density=1e13 degen=1 sign=5e-13 ,sigp=5e-13,物理模型,物理

40、模型分為五大類：,1.,遷移率模型,2.,復(fù)合模型,3.,載流子統(tǒng)計模型,4.,碰撞離化模型,5.,隧道模型,物理模型由狀態(tài),models,和,impact,指定,?,推薦的模型,MOSFETs,類型：,srh,，,cvt,，,bgn,BJT,，,thyristors,等：,Klasrh,，,klaaug,，,kla,，,bgn,擊穿仿真：,Impact,，,selb,Models conmob,fldmob,srh,auger temp=300,print,例句：,Impact selb,Model bgn,fldmob,srh,#,語句,8,模型選擇語句,Contact,?,#,語句,9,

41、接觸特性定義,contact,默認(rèn)情況下：金屬半導(dǎo)體接觸為,歐姆接觸，所以對需要歐姆接觸特性的電極無需,定義接觸特性。,只要定義了功函數(shù)則認(rèn)為是肖特基接觸（兩者功函數(shù)相等時變成歐姆接觸）,eg,：,CONTACT NAME=gate WORKFUNCTION=4.8,用戶可以用材料名來代替功函數(shù)的定義（,ALUMINUM, N.POLYSILICON,P,.POLYSILICON, TUNGSTEN,和,TU.DISILICIDE,）：,eg,：,CONTACT NAME=gate N.POLYSILICON,ALUMINUM,和重?fù)?Si,的接觸為歐姆接觸，此時若定義功函數(shù)則是錯誤的：,eg

42、,：,CONTACT NAME=gate ALUMINUM /*wrong*/,定義肖特基接觸的勢壘和偶極子降低的勢壘高度：,eg,：,CONTACT NAME=anode WORKFUNCTION=4.9,BARRIER ALPHA=1.0e-7,勢壘降低系數(shù)設(shè)為,1nm,?,設(shè)置電流邊界條件,contact,eg,：,contact name=cathode current ,主要用在擊穿特性的模擬中,?,外部電阻，電感和電容的定義,contact,eg,：,CONTACT NAME=drain RESISTANCE=50.0 ,CAPACITANCE=20e-12 INDUCTANCE=

43、1e-6,在漏極,并聯(lián),一個,50,?,的電阻，,20pF,的電容和,1,?,H,的電感,注意：在二維模擬器中，由于,z,方向的默認(rèn)值為,1,?,m,，所以默認(rèn),的電阻單位為,?,?,?,m,，,電容單位為,F/,?,m,，電感的單位為：,H,?,?,m,。,eg,：,CONTACT NAME=source CON.RESISTANCE=0.01,定義了電極接觸的分布電阻，,0.01,?,?,cm,2,。,CON.RESISTANCE,不能,和,RESISTANCE,同時使用。,?,浮動接觸定義,contact,應(yīng)用于兩種情況：,1,、,EEPROM,和其他編程器件；,2,、功率器件中的,浮動

44、場板,eg,：,CONTACT NAME=fgate,FLOATING,將名為,fgate,的電極定義為浮動電極，并且將在該電極上默認(rèn)使用,電荷邊界條件。,eg,：,CONTACT NAME=drain CURRENT,對于直接金半接觸的浮動電極，不能用參數(shù)”,FLOATING“,，這種情形,需要將,該電極定義為電流邊界條件，并在之后的,solve,語句中將其電流設(shè)為,0,。,eg,：,CONTACT NAME=drain RESIST=1e20,在電極上設(shè)置一個很大的電阻，這樣一來流過該電極的電流會非常,小，也就相當(dāng)于浮動電極。,?,電極短路,contact,除了定義同樣的電極名外,cont

45、act name=base1 common=base,是電極短,接的,另一種辦法。,eg,：,CONTACT name=base1 COMMON=base FACTOR=0.5,上例中,Vbase1=Vbase+0.5,eg,：,CONTACT name=base1 COMMON=base,mult,FACTOR=0.5,上例中,Vbase1=Vbase,?,0.5,注意：以上兩例對電流邊界條件不適用,如果從,ANTHENA,或,DEVEDIT,導(dǎo)入的結(jié)構(gòu)中已有電極名稱的定義，,ATLAS,將,會自動對其進(jìn)行短接，并沿用已有的電極名。,?,電極開路,contact,1,、刪除要開路的電極,2,

46、、在需要開路的電極上并接一個極大的外電阻,3,、先將需要開路的電極有設(shè)成電流邊界條件，然后再將流過該電極的電,流值設(shè)得很小或為,0,。,#,語句,10,命令執(zhí)行語句,solve,語句介紹：,solve,是命令,atlas,在一個或多個偏壓點（,bias point,）進(jìn)行求解的語句,solve init,解析：,init,是初始化（,initial,）參數(shù)，表示將所有電壓歸零。對于指定結(jié)構(gòu)，如果,在初始偏置點沒有標(biāo)明這個參數(shù)，系統(tǒng)將自動賦予這個參數(shù)。,求解方法,?,#,語句,11,數(shù)值方法選擇語句,method,解析：,ATLAS,仿真半導(dǎo)體器件是基于對,16,個相互關(guān)聯(lián)的非線性偏微分方,程的

47、求解。,ATLAS,在每個格點對這組方程進(jìn)行數(shù)值計算得到器件的特性。,1,、,gummel,Gummel,迭代法收斂慢，但能容忍粗糙的初始假設(shè)值；,Gummel,迭代,法不能用于含有集總元件或電流邊界條件情形的求解；默認(rèn)的,Gummel,迭,代式阻尼的，可將參數(shù),dvlimit,設(shè)置成負(fù)值或零讓迭代成為非阻尼的；,Gummel,迭代時的線性,Poisson,求解的數(shù)目限制為,1,，這會導(dǎo)致電勢更,新時的弛豫不足?！?single-,Poisson”,求解模式可擴(kuò)展,Gummel,迭代方法的,應(yīng)用范圍,這在小電流,Bipolar,仿真和,MOS,飽和區(qū)的仿真上很有用。,使用方法：,method

48、singlepoisson,求解方法,2,、,newton,Newton,迭代法每一次的迭代將非線性的問題線性化處理，離散,化的“尺寸”較大，則所需的時間也會變長。如果初始假設(shè)很成功,的話，就能很快得到收斂，且結(jié)果比較滿意。,Newton,迭代法是,ATLAS,計算漂移,-,擴(kuò)散的,默認(rèn)方法,。此外還有其,他的計算需要采用,Newton,迭代法，如：,DC,掃描，瞬態(tài)掃描，,curve,tracing,，頻域的小信號分析。,Newton-Richardson,迭代法是,Newton,迭代法的變體，當(dāng)收斂放慢,時它會計算新的系數(shù)矩陣。,Method,的參數(shù)設(shè)置為,autonr,時會自動采,用,N

49、ewton-Richardson,迭代法。,如果經(jīng)過很多步才能收斂，問題可能來自于：網(wǎng)格定義（高寬,比或?qū)捀弑群艽蟮娜切翁啵?，耗盡區(qū)擴(kuò)展到已定義為歐姆接觸,的地方，初始假設(shè)值很差。,求解方法,3,、,block,在含有晶格加熱或能量平衡方程時,block,迭代法很有用。,Block,迭代法計算一些由不同方程按不通順序組成的子方程組。,在不等溫的漂移,-,擴(kuò)散仿真時指定,block,迭代法，則,Newton,迭代,法將更新電勢和摻雜濃度，去耦之后計算熱流方程。,都包含熱流方程和載流子溫度方程時，,block,迭代法將首先計算,最初的溫度，然后將晶格溫度去耦之后進(jìn)行迭代。,4,、組合迭代,有時

50、需要將,newton,迭代、,gummel,迭代和,block,迭代組合使用。,可以先用,gummel,迭代法，一定計算步數(shù)還不收斂時再轉(zhuǎn)為采用,newton,迭代或,block,迭代計算。,Gummel,迭代的次數(shù)由參數(shù),gum.init,設(shè)定。,在包含晶格加熱或能量平衡計算時，可以先采用,block,迭代法，,然后用,newton,迭代法，,block,迭代的次數(shù)上限用,nblockit,設(shè)置。,求解方法,5,、例句,基本漂移擴(kuò)散計算：,Method gummel,newton,晶格加熱時的漂移擴(kuò)散計算：,Method block newton,能量平衡計算：,Method block n

51、ewton,計算的載流子數(shù)，默認(rèn)是,2,，也可以是,1,或,0,。載流子類型,elec,和,hole,分別表示電子和空穴，載流子類型設(shè)置為,1,時，可以設(shè),為,elec,或,hole,。載流子類型設(shè)置為,0,時，將主要得到電勢分布的,仿真結(jié)果。,Method carriers=2,Method carriers=1 elec,或,Method carriers=1 hole,Method carriers=0,求,解,?,Solve,、,log,和,tonyplot,初始化偏置：,solve init,設(shè)置偏壓：,solve vanode=10,使用前面的最終結(jié)果：,solve previou

52、s,電壓掃描：,solve vanode=0 vfinal=10 vstep=0.1 name=anode,電流掃描：,solve ianode=0 ifinal=10 istep=0.1 name=anode,還有瞬態(tài)，交流小信號等特性的掃描。,Curvetrace,掃描，用于多值特性的掃描，二次擊穿，,pnpn,栓鎖特性等。,curvetrace,=anode beg.val=0 step.init=1 ,nextst.ratio=1.39 mincur=1e-12 end.val=1e-2 curr.cont,log outfile=ltt.log,solve cur

53、vetrace,tonyplot,ltt.log,結(jié)構(gòu)文件的保存：,output band.param,band.temp,con.band,val.band,solve init,outf=ltt.str,master /,保存,atlas,標(biāo)準(zhǔn)文件格式,tonyplot,ltt.str,#,solve vanode=0.05 vstep=0.05 vfinal=1 name=anode,tonyplot,diodeex01.log -set diodeex01_log.set,quit,求,解,#,語句,13,運(yùn)行數(shù)據(jù)結(jié)果保存語句,語句介紹：,輸出結(jié)構(gòu)結(jié)果保存語句,log,是用來將程序運(yùn)行

54、后所計算的所有結(jié)果,數(shù)據(jù)保存到一個以,log,為擴(kuò)展名結(jié)尾的文件中的一個語句。從,solve,語句中運(yùn)算后所得到的結(jié)果都會保存在其中。,log outfile=diode01.log,Load,從文件中導(dǎo)入先前的結(jié)果作為后續(xù)的或其它點的初始假設(shè)值。,Save,將所有結(jié)點的信息保存到輸出文件。,load,in1file=filename in2file=filename,solve outfile=solv.str,master,結(jié)果保存,語句匯總：,Contact,設(shè)置接觸類型,Doping,設(shè)置摻雜類型,Electrode,設(shè)置電極,Go,仿真器調(diào)用,Log,定義輸出數(shù)據(jù)文件語句,Mater

55、ial,定義材料類型,Mesh,定義初始化網(wǎng)格信息,Method,設(shè)置數(shù)值方法,Mobility,設(shè)置遷移率模型,Models,選取仿真模型,Quit,程序退出語句,Region,定義區(qū)域語句,Save,結(jié)構(gòu)文件保存語句,Solve,求解語句,Tonyplot,繪圖語句,X.MESH Y.MESH Z.MESH,定義,x,y,z,方向網(wǎng)格語句,語句匯總,光電特性仿真,光電特性仿真主要是要加光照，定義光束用,BEAM,其主要參數(shù)有，方向參數(shù)、,波長、強(qiáng)度分布、光線的幾何分布參數(shù)、反射參數(shù)等。,beam num=1 x.orign=5 y.orign,=?2 angle=90,wavelenght=.8,例如：,定義光束的方向及波長，（,x.orign,y.ori