第三講 Silvaco TCAD 器件仿真01

1、光電子器件綜合設(shè)計(jì)光電子器件綜合設(shè)計(jì) -器件仿真器件仿真本講主要內(nèi)容l 器件結(jié)構(gòu)l 材料特性l 物理模型l 計(jì)算方法l 特性獲取和分析2器件仿真流程4:21Silvaco學(xué)習(xí)3器件結(jié)構(gòu) 怎樣得到器件的結(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(duì)用devedit畫好的器件生成網(wǎng)格，或?qū)thena工藝仿真生成含有網(wǎng)格信息的器件進(jìn)行網(wǎng)格修改。為什么要重新定義網(wǎng)格？ 工藝仿真中所生成的網(wǎng)格是

2、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(jí)別的網(wǎng)格，這些網(wǎng)格某些程度上不是計(jì)算器件參數(shù)所必需的。例如在計(jì)算如閾值電壓、源/漏電阻，溝渠的電場(chǎng)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(jiǎn)單說就是重點(diǎn)區(qū)域重點(diǎn)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(shí)際物理過程，生成器件時(shí)不需要對(duì)時(shí)間、溫度等物理量進(jìn)行考慮。athena - 考慮過程 必需對(duì)器件生成的外在條件、物理過程進(jìn)行描述。 devedit ：ath

3、ena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)l ATLAS描述器件結(jié)構(gòu)的步驟描述器件結(jié)構(gòu)的步驟meshregionelectrodedoping材料特性l材料的參數(shù)有工藝參數(shù)和器件參數(shù)l材料參數(shù)是和物理模型相關(guān)聯(lián)的l軟件自帶有默認(rèn)的模型和參數(shù)l可通過實(shí)驗(yàn)或查找文獻(xiàn)來自己定義參數(shù)物理模型l 物理量是按照相應(yīng)的物理模型方程求得的l 物理模型的選擇要視實(shí)際情況而定l 所以仿真不只是純粹數(shù)學(xué)上的計(jì)算計(jì)算方法l在求解方程時(shí)所用的計(jì)算方法l計(jì)算方法包括計(jì)算步長(zhǎng)、迭代方法、初始化策略、迭代次數(shù)等l計(jì)算不收斂通常是網(wǎng)格引起的特性獲取和分析l 不同器件所關(guān)注的特性不一樣，需要對(duì)相應(yīng)器件有所了

4、解l 不同特性的獲取方式跟實(shí)際測(cè)試對(duì)照來理解l 從結(jié)構(gòu)或數(shù)據(jù)文件看仿真結(jié)果了解一下ATLASl ATLAS仿真框架及模塊l 仿真輸入和輸出l Meshl 物理模型l 數(shù)值計(jì)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(shí)例 學(xué)習(xí)重點(diǎn)（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(gè)語句一般有以下的定義格式：

5、=其中：表示語句名稱表示參數(shù)名稱表示參數(shù)的取值。 間隔符號(hào)是被用來分離語句中的多個(gè)參數(shù)。解析：在一個(gè)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）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(hào) + 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

6、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(shí)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。ParameterDescriptionValue Required ExampleCharacterAny character string Yesmaterial=siliconInteger Any whole number Yes region=1Logical A true or false condition NogaussianRealAny real number

7、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(gè)邏輯型參數(shù)，在程序內(nèi)部對(duì)應(yīng)了邏輯值CONCENTRATION=1E16 對(duì)應(yīng)的是一個(gè)實(shí)數(shù)型參數(shù)。每一個(gè)語句對(duì)應(yīng)多個(gè)參數(shù)，這些參數(shù)代表了這個(gè)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(gè)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(jiǎn)寫。 但建議不要過度簡(jiǎn)單，以免程序含糊不清，不

8、利于將來調(diào)用時(shí)閱讀。（2）連續(xù)行有的語句超過256個(gè)字符，為了不出現(xiàn)錯(cuò)誤，ATLAS語序定義連續(xù)行。將反斜線符號(hào)放在一條語句的末尾，那么程序每當(dāng)遇到都會(huì)視下一行為上一行的延續(xù)。 2. 通過實(shí)例學(xué)語句實(shí)例簡(jiǎn)介：此實(shí)例演示了肖特基二極管正向特性。大致分為三個(gè)部分（1）用atlas 句法來形成一個(gè)二極管結(jié)構(gòu)（2）為陽極設(shè)置肖特基勢(shì)壘高度（3）對(duì)陽極正向偏壓實(shí)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=0.2x.mesh loc=5.00

9、spac=0.25x.mesh loc=7.00 spac=0.25x.mesh loc=9.00 spac=0.2x.mesh loc=12.00 spac=0.5#y方向網(wǎng)格定義y.mesh loc=0.00 spac=0.1 y.mesh loc=1.00 spac=0.1y.mesh loc=2.00 spac=0.2y.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=2electr name=cathode bot#. N-epi doping 定義初始摻雜濃度d

10、oping n.type conc=5.e16 uniform #. Guardring doping 定義p環(huán)保護(hù)摻雜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 uniformsave outf=diode.strtonyplot diode.str

11、-set diode.set#物理模型定義model conmob fldmob srh auger bgn #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(jì)算方法method newtonlog outfile=diodeex01.log#設(shè)置偏壓求解solve vanode=0.05 vstep=0.05 vfinal=1 name=anodetonyplot diodeex01.log -set diodeex01_log.setquit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（ele

12、ctrode locations）以及摻雜分布（doping distribution） 這是一個(gè)具有重?fù)诫s的浮動(dòng)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(chǎng)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(gè)語句是用來設(shè)置肖特基電

13、極的功函數(shù)的。在這個(gè)例子里面，因?yàn)橐r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(gè)肖特基勢(shì)壘的高度為0.8V. 默認(rèn)的勢(shì)壘高度是0. （一個(gè)完美的歐姆接觸）這個(gè)條件是為陰極假定的。（3）電學(xué)仿真簡(jiǎn)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(dòng)atlas仿真器 注意： 這個(gè)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、electrode、doping等 （2）模型與環(huán)境設(shè)置語句 m

14、odels method等 （3）電學(xué)特性仿真語句 solve 等 mesh語句語句#2 mesh 語句功能語句功能： mesh定義網(wǎng)格信息。類似于athena仿真器中的Line. 語法規(guī)則語法規(guī)則：.MESH LOCATION= SPACING= 語句語句解析：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)格位置及其間隔(line)mesh space.mult= , 對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行控制, 默認(rèn)值為1。定

15、義網(wǎng)格時(shí)必須先使用這句來初始化網(wǎng)格。例如：mesh infile=nmos.strx.mesh loc=0.1 spac=0.05mesh 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=1.4 y.min=0.2 y.max=0.7Eliminate 前Eliminate 后#例1 設(shè)置初始網(wǎng)格均勻分布，為1.0微米

16、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(gè)網(wǎng)格。x.mesh loc=0.00 spac=0.5 x.mesh loc=3.00 spac=0.2x.mesh loc=5.00 spac=0.25x.mesh loc=7.00 spac=0.25x.mesh loc=9.00 spac=0.2x.mesh loc=12.00 spac=0.5mesh解析：以上建立了一個(gè)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

17、義是等價(jià)的。語法結(jié)構(gòu)如下：X.MESH LOCATION= SPACING=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=0.1y.mesh loc=1.00 spac=0.1y.mesh loc=2.00 spac=0.2y.mesh loc=5.00 spac=0.4mesh#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(gè)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(gè)區(qū)域的序號(hào)，它可以從1到

18、200. 具有同一個(gè)區(qū)域序號(hào)的多重區(qū)域線條可以用來定義一個(gè)具有多個(gè)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(gè)或多個(gè)位置參數(shù)。meshregion num=1 silicon x.min=1.0 x.max=12 y.min=0.5 y.max=5對(duì)于一個(gè)區(qū)域，可以指定其材料屬性和位置坐標(biāo)meshregion num=1 silicon x.min=1.0 x.max=12 y.min=0.5 y.max=5region num=2 sio2 x.min=0.0 x.max=1 y.min=0 y.max=5定義多個(gè)區(qū)域，可使用多個(gè)re

19、gion語句來完成。meshregion num=1 silicon x.min=1.0 x.max=12 y.min=0.5 y.max=5region num=2 sio2 x.min=0.0 x.max=1 y.min=0 y.max=5region num=2 sio2 x.min=0.0 x.max=12 y.min=0 y.max=1定義每個(gè)區(qū)域可以使用多條Region語句，只要保證區(qū)域標(biāo)號(hào)一致即可。meshMATERIALS#語句3 materials 語句功能： 語法規(guī)則： MATERIAL material material=InGaAs align=0.36 eg300=0

20、.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 material region=1 taun0=5.0e-10 taup0=1.0e-9 vsatn=2.5e7 mun0=4000 mup0=200impact selb material=InGaAs an2=5.15e7 ap2=9.69e7 bn2=1.95e6 bp2=2.27e6 impact selb ma

21、terial=InP an2=1e7 ap2=9.36e6 bn2=3.45e6 bp2=2.78e6Material taun0=1.e-9 taup0=1.e-9 f.conmun=hemtex01_interp.libmaterial align=0.6例句：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)4:2139材料參數(shù)4:21Silvaco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(hào) 電極位置 electr name=anode x.min=5 l

22、ength=2electr 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=anode x.min=5 length=2 y.min=0 y.max=0.5electr name=cathode botelectr name=anode x.min=5 length=2 y.min=0 y.max=0.5electr 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,er

23、fc，具體設(shè)置還可分為三組1，Concentration and junction2，Dose and characteristic3，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：例：# p type dopingdoping 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(duì)于一組doping語句，每一個(gè)語句都是在之前語句的基礎(chǔ)上給

24、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 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(gè)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(gè)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(zhǎng)度（2）Uniform定義了使用常數(shù)作為解析函

25、數(shù)來生成摻雜分布。摻雜會(huì)通過邊界參數(shù)被定義在一個(gè)box中。這個(gè)box的默認(rèn)值是整個(gè)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(jí)的能量。 對(duì)于acceptors，是對(duì)應(yīng)于導(dǎo)帶邊緣的。對(duì)于donors，是對(duì)應(yīng)于價(jià)帶邊緣的。N.Type Donor 定義了一個(gè)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(gè)p類型或acctoper類型的摻

26、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(gè)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(shí)。 如果此參數(shù)未被定義，峰值濃度會(huì)從極性參數(shù)，邊界條件，計(jì)量，或電阻率，特征濃度中計(jì)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)

27、域內(nèi)部p-n結(jié)的位置。當(dāng)junction被定義了，characteristic length會(huì)通過在常數(shù)矩形區(qū)域的終點(diǎn)之間的一個(gè)迭代中點(diǎn)檢測(cè)摻雜濃度而計(jì)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 uniformdoping p.type conc=1e19 y.min=0 y.max=0 char=30 gaussdoping n.type conc=1e19 y.min=300 y.max=300 char=30 gaussCHARACTERISTIC 定義了

28、注入物的基本特征長(zhǎng)度。如果此參數(shù)未被定義，基本特征長(zhǎng)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=1doping region=1 gaussian conc=1e18 peak=0.1 characteristic=0.05 p.type x.left=0.0 x.right=1.0doping region=1 gauss conc=1e18 peak=0.2 junct=0.15doping x.min=0.0 x.max=1.0 y.min=0.0 y.max=1.0 n.type as

29、cii infile=concdata均勻摻雜高斯分布從文件導(dǎo)入雜質(zhì)分布go atlasmesh space.mult=1.0 x.mesh loc=0.00 spac=5x.mesh loc=12.00 spac=5y.mesh loc=0.00 spac=1y.mesh loc=30 space=5y.mesh loc=270.00 spac=5y.mesh loc=300.00 spac=1region num=1 silicon x.min=0.0 x.max=12 y.min=0.0 y.max=300electr name=anode topelectr name=cathode

30、botdoping n.type conc=5.e16 uniformdoping p.type conc=1e19 y.min=0 y.max=0 char=30 gaussdoping n.type conc=1e19 y.min=300 y.max=300 char=30 gaussDoping例句Doping例句save outf=diodeex01_3.strsolve initmethod newtonlog outfile=diodeex01_1.logsolve vanode=0.0 vstep=0.5 vfinal=100 name=anodequitDoping例句dopi

31、ng n.type conc=5.e16 uniformdoping p.type conc=1e19 peak=20 char=30 gaussdoping n.type conc=1e19 peak=280 char=30 gaussPeak 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

32、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(zhǎng)度，如果不定義此長(zhǎng)度則通過下列公式計(jì)算Lat.Char = Ratio.Lateral * Char 其中Char是y方向上的特征長(zhǎng)度，Ratio.Lateral是 x方向與y方向的特征長(zhǎng)度比例系數(shù)）doping n.type conc=5.e16 uniformdoping 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

33、、 12 對(duì)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(duì)哪個(gè)區(qū)域進(jìn)行陷阱參數(shù)設(shè)置，系統(tǒng)默認(rèn)對(duì)所有區(qū)域進(jìn)行設(shè)置。E.LEVEL 設(shè)置分立陷阱能級(jí)，對(duì)于acceptors, E.LEVEL 在導(dǎo)帶附近對(duì)于 donors， E.LEVEL 在共價(jià)帶附近。DEGEN.FAC 定義了陷阱能級(jí)的退化因子，用來計(jì)算密度。SIGN 、 SIGP 定義了對(duì)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(jí)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

34、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=1e11interface 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

35、、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5e

36、14的界面電荷，其電子輸運(yùn)機(jī)制為 thermionic&tunnel兩個(gè)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引入的能級(jí)位置在導(dǎo)帶下1.61eV處，且該受主能級(jí)的簡(jiǎn)并度為1，對(duì)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(jià)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.leve

37、l=0.9 donor density=1e13 degen=1 sign=5e-13 sigp=5e-13 物理模型物理模型分為五大類：1.遷移率模型 2.復(fù)合模型 3.載流子統(tǒng)計(jì)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，bgnBJT，thyristors等：Klasrh，klaaug，kla，bgn擊穿仿真：Impact，selbModels conmob fldmob srh auger temp=300 print例句：Impact selbModel bgn fldmob srh#語句8 模型選擇語句C

38、ontact#語句9 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(duì)需要?dú)W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(shí)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)絊i的接觸為歐姆接觸，此時(shí)若定義功函數(shù)則是錯(cuò)誤的： eg

39、： CONTACT NAME=gate ALUMINUM /*wrong*/ 定義肖特基接觸的勢(shì)壘和偶極子降低的勢(shì)壘高度： eg：CONTACT NAME=anode WORKFUNCTION=4.9 BARRIER ALPHA=1.0e-7 勢(shì)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=1e-6 在漏極并聯(lián)一個(gè)50的電阻，

40、20pF的電容和1H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 cm2。CON.RESISTANCE不能和RESISTANCE同時(shí)使用。浮動(dòng)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(dòng)場(chǎng)板 eg：CONTACT NAME=fgate FLOATING 將名為fgate的電極定義為浮動(dòng)電極，并且將在該電極上默認(rèn)使用電荷邊界條件。 eg：CONT

41、ACT NAME=drain CURRENT對(duì)于直接金半接觸的浮動(dòng)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(gè)很大的電阻，這樣一來流過該電極的電流會(huì)非常小，也就相當(dāng)于浮動(dòng)電極。電極短路contact 除了定義同樣的電極名外contact 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 e

42、g：CONTACT name=base1 COMMON=base mult FACTOR=0.5 上例中Vbase1=Vbase0.5 注意：以上兩例對(duì)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(huì)自動(dòng)對(duì)其進(jìn)行短接，并沿用已有的電極名。電極開路contact1、刪除要開路的電極2、在需要開路的電極上并接一個(gè)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?yàn)?。#語句語句10 命令執(zhí)行語句命令執(zhí)行語句solve語句介紹：solve是命令atlas在一個(gè)或多個(gè)偏壓點(diǎn)（bias point）進(jìn)行求解的語

43、句solve init解析：init是初始化（initial）參數(shù)，表示將所有電壓歸零。對(duì)于指定結(jié)構(gòu)，如果在初始偏置點(diǎn)沒有標(biāo)明這個(gè)參數(shù)，系統(tǒng)將自動(dòng)賦予這個(gè)參數(shù)。求解求解方法方法#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(duì)16個(gè)相互關(guān)聯(lián)的非線性偏微分方程的求解。ATLAS在每個(gè)格點(diǎn)對(duì)這組方程進(jìn)行數(shù)值計(jì)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(shí)的

44、線性Poisson求解的數(shù)目限制為1，這會(huì)導(dǎo)致電勢(shì)更新時(shí)的弛豫不足?！皊ingle-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 singlepoisson求解方法求解方法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(shí)間也會(huì)變長(zhǎng)。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(jì)算漂移-擴(kuò)散的默認(rèn)方法。此外還有其他的計(jì)算需要采用Newton迭代法，如：DC掃描，瞬態(tài)掃描，curve tracin

45、g，頻域的小信號(hào)分析。 Newton-Richardson迭代法是Newton迭代法的變體，當(dāng)收斂放慢時(shí)它會(huì)計(jì)算新的系數(shù)矩陣。Method的參數(shù)設(shè)置為autonr時(shí)會(huì)自動(dòng)采用Newton-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谋M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。求解方法求解方法3、block 在含有晶格加熱或能量平衡方程時(shí)block迭代法很有用。Block迭代法計(jì)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(shí)指定block迭代法，則Newton迭代法將更新電勢(shì)和摻雜濃度，去耦之后

46、計(jì)算熱流方程。 都包含熱流方程和載流子溫度方程時(shí)，block迭代法將首先計(jì)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(shí)需要將newton迭代、gummel迭代和block迭代組合使用?？梢韵扔胓ummel迭代法，一定計(jì)算步數(shù)還不收斂時(shí)再轉(zhuǎn)為采用newton迭代或block迭代計(jì)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(jì)算時(shí)，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。求解方法求解方法5、例句基本漂移擴(kuò)散計(jì)算：Method gummel newton晶格加熱時(shí)的漂移擴(kuò)散計(jì)算：Me

47、thod block newton能量平衡計(jì)算：Method block newton 計(jì)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(shí)，可以設(shè)為elec或hole。載流子類型設(shè)置為0時(shí)，將主要得到電勢(shì)分布的仿真結(jié)果。Method carriers=2Method carriers=1 elec或Method carriers=1 holeMethod 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 prev

48、ious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(hào)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.contlog outfile=ltt.logsolve curvetraceton

49、yplot ltt.log結(jié)構(gòu)文件的保存：output band.param band.temp con.band val.bandsolve 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=anodetonyplot diodeex01.log -set diodeex01_log.setquit求求 解解#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)行后所計(jì)算的所有結(jié)果數(shù)據(jù)保存到一個(gè)以log為擴(kuò)展名結(jié)尾

50、的文件中的一個(gè)語句。從solve語句中運(yùn)算后所得到的結(jié)果都會(huì)保存在其中。log outfile=diode01.logLoad 從文件中導(dǎo)入先前的結(jié)果作為后續(xù)的或其它點(diǎn)的初始假設(shè)值。Save將所有結(jié)點(diǎn)的信息保存到輸出文件。load in1file=filename in2file=filenamesolve 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Material 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(zhǎng)、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(zhǎng)，（x.orign,y.o