半导体器件电学性模拟silvacoatlas介绍
Silvaco操作指南
第二篇半导体工艺及器件仿真软件Silvaco操作指南主要介绍了半导体器件及工艺仿真软件Silvaco的基本使用。
书中通过例程引导学习工艺仿真模块Athena和器件仿真模块Atlas，通过这两部分的学习可以使学习人员深入了解半导体物理的基本知识，半导体工艺的流程，以及晶体管原理的基本原理，设计过程，器件的特性。
对于学习集成电路的制备及后道工序有一定的帮助。
第一章 SILVACO软件介绍 (3)1.1程序启动 (3)1.2选择一个应用程序例子 (4)1.3工艺模拟 (6)1.3.1 运行一次模拟 (6)1.3.2 渐进学习模拟 (6)1.3.3 绘制结构 (6)1.3.4 使用Tonyplot进行绘图 (7)1.3.5 修正绘图的外观 (7)1.3.6 缩放及在图上进行平移 (8)1.3.7 打印图形 (9)1.4使用H ISTORY功能 (9)1.5明确存贮状态 (10)1.6创建用于比较的两个结构文件 (10)1.6.1 存贮文件创建 (10)1.6.2 文件交叠 (11)1.7运行MOS工艺程序的第二部分 (13)1.7.1 `Stop At' 功能 (13)1.7.2 使用Tonyplot用于2-D结构 (14)1.7.3 使用Tonyplot来制备一轮廓图 (14)1.7.4 产生交互式图例 (16)1.8工艺参数的抽取 (17)1.8.1 源漏结深 (18)1.8.2 器件阈值电压 (18)1.8.3 电导及偏压曲线 (18)1.8.4 一些薄层电阻 (20)1.8.5 沟道表面掺杂浓度 (20)1.9器件模拟 (21)1.9.1 器件模拟界面工艺 (21)1.9.2 建立器件模拟 (21)1.9.3 执行器件模拟 (22)1.9.4 抽取器件参数 (22)第二章电阻仿真及阻值抽取 (23)第三章扩散二极管仿真 (33)2.1硼扩散 (33)2.2进行MESH的实验 (38)2.3绘制杂质掺杂轮廓曲线 (39)2.4查看抽取结果 (40)第四章 NMOS电学特性仿真 (42)3.1NMOS例子加载 (42)3.2T ONYPLOT操作 (43)3.3查看电学仿真结果 (47)第五章工艺流程的横断面观察 (50)4.1初始化衬底 (50)4.2氧化层屏蔽 (50)4.3NWELL注入 (51)4.4PWELL注入 (51)4.5场氧化层生长 (52)4.6 阱推进52第一章 Silvaco软件介绍本章将介绍下面两个VWF（虚拟wafer制备）交互工具的基本使用：•Deckbuild：VWF运行时控制应用程序。
工艺及器件仿真工具SILVACO分析解析
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⑧
在Optimizer中，依次点击Edit和Add项。这就将“栅极氧 化” 这个目标添加到了Optimizer的目标列表中去。在目 标列表里定义目标值。在Target value中输入值100 Å（见 下图）；
通过在栅极氧化工艺过程中改变温度和气压，Optimizer 对栅极氧化厚度进行了优化。
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为了完成最优化，温度和气压的最优化值需要被复制 回输入文档中。 11 为了复制这些值，需要返回Parameters模式并依次点击 Edit和Copy to Deck菜单项以更新输入文档中的最优化
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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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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）。
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③
④
有关栅极氧化的数据信息将会被写入Deckbuild文本窗口， 其中Diffuse语句被用来实现栅极氧化； 点击Deckbuild控制栏上的Cont键继续ATHENA仿真。一 旦栅极氧化完成，另一个历史文件“.history02.str”将会 生成；选中该文件，然后点击Tools菜单项，并依次选择 Plot和Plot Structure…，将结构绘制出来；最终的栅极 氧化结构将出现在TONYPLOT中，如图所示。从图中可 以看出，一个氧化层淀积在了硅表面。
Silvaco器件仿真
参数取
通过仿真结果提取器件参数，为进一步分析 提供数据支持。
可靠性分析
对器件的可靠性进行评估，预测器件在不同 环境下的性能表现。
软件应用领域
集成电路设计
用于集成电路设计中的器件级仿真，验证电路 设计的正确性和性能。
微电子工艺开发
用于微电子工艺开发中的过程控制和优化，提 高工艺水平。
光电器件仿真
用于光电器件仿真，研究光电器件的物理特性和性能表现。
案例二：晶体管仿真
总结词
晶体管是现代电子电路中的核心元件，其仿真分析对于电路设计和优化具有重要意义。
详细描述
在Silvaco仿真软件中，可以对晶体管进行建模和仿真分析，包括电流-电压特性、频率 响应、噪声性能等参数。通过仿真，可以预测晶体管在实际电路中的性能表现，为电路
设计提供优化依据。
案例三：集成电路仿真
需要加强与物理学、化学、生物学等其他学科的合作，以实现多物理 场耦合仿真的突破。
人才培养与交流
加强国内外学术交流与合作，培养具备创新能力和实践经验的器件仿 真人才是未来的重要机遇。
THANKS
感谢观看
另一款功能强大的器件仿真软件，适用于多 种应用领域。
Keysight
除了提供测试测量解决方案外，也提供器件 仿真工具。
ANSYS
一个多物理场仿真软件，可用于器件的热、 电磁、流体等多方面仿真。
02
Silvaco仿真软件介绍
软件特点
高效性
Silvaco仿真软件采用先进的算法和计算技术，能够 快速准确地模拟器件性能，大大缩短了设计周期。
仿真流程
建立模型
根据器件的物理结构和参数，建立数学模型。
设置仿真参数
根据实际需求，设置初始条件、边界条件、输入信号等仿真参数。
Silvaco工艺及器件仿真1
§4 工艺及器件仿真工具SILVACO-TCAD本章将向读者介绍如何使用SILVACO公司的TCAD工具ATHENA来进行工艺仿真以及ATLAS来进行器件仿真。
假定读者已经熟悉了硅器件及电路的制造工艺以及MOSFET和BJT 的基本概念。
4.1 使用ATHENA的NMOS工艺仿真4.1.1 概述本节介绍用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4.1.2 创建一个初始结构1 定义初始直角网格a. 输入UNIX命令：deckbuild-an&，以便在deckbuild交互模式下调用ATHENA。
在短暂的延迟后，deckbuild主窗口将会出现。
如图4.1所示，点击File目录下的Empty Document，清空DECKBUILD文本窗口；图4.1 清空文本窗口b. 在如图4.2所示的文本窗口中键入语句go Athena ；图4.2 以“go athena”开始接下来要明确网格。
网格中的结点数对仿真的精确度和所需时间有着直接的影响。
仿真结构中存在离子注入或者形成PN结的区域应该划分更加细致的网格。
c. 为了定义网格，选择Mesh Define菜单项，如图4.3所示。
下面将以在0.6μm×0.8μm 的方形区域内创建非均匀网格为例介绍网格定义的方法。
图4.3 调用ATHENA网格定义菜单2 在0.6μm×0.8μm的方形区域内创建非均匀网格a. 在网格定义菜单中，Direction（方向）栏缺省为X；点击Location（位置）栏并输入值0；点击Spacing（间隔）栏并输入值0.1；b. 在Comment（注释）栏，键入“Non-Uniform Grid(0.6um x 0.8um)”,如图4.4所示；c. 点击insert键，参数将会出现在滚动条菜单中；图4.4 定义网格参数图 4.5 点击Insert键后d. 继续插入X方向的网格线，将第二和第三条X方向的网格线分别设为0.2和0.6，间距均为0.01。
基于Silvaco Atlas的SOI器件性能仿真研究
实验研究基于Silvaco Atlas的SOI器件性能仿真研究作者/黄玮、杨月霞、林慧敏，江苏信息职业技术学院项目：江苏高校品牌专业建设工程资助项目，项目编号ppzyB190。
摘要：本文主要针对SOI器件结构展开研究，对于SOI MOS器件的结果和特性进行分析，讨论，并利用SILVACO TCAD软件来对SOI的器件结构与性能进行仿真，与研究分析结果进行比对，可以看出SOI器件能够有效改善MOS器件的阈值和亚阈值特性。
关键词：Silvaco Atlas;SOI结构；SOI MOS器件引言集成电路发展迅速，特征尺寸不断减小，目前，大型半 导体制造商三星，台积电等的主流工艺节点是14纳米，16 纳米，但是目前三星已经预告开发7纳米制造工艺，并预 计在未来几年问世。
随着特征尺寸的不断减小，对集电电路 的结构，制造工艺，原材料的要求也越来越高，传统的器件 结构已经无法满足电路性能的要求了。
FinFET,SOI结构 等能有效改善特征尺寸不断缩小过程中所遇到的问题。
其中SOI结构可以有效抑制CMOS电路中常见的闩锁 效应，具有抗辐照性能好，工作速度快，功耗低，成本低等 优点。
为Global Foundries,Samsung等制造商所采用。
采用器件仿真软件Silvaco TCAD,可以有效研究SOI MOS器件的特性。
Silvcao TCAD软件可以进行一维，二维 和三维工艺仿真，还可以进行二维和三维器件仿真。
主要包 括ATHENA工艺仿真工具和ATLAS器件仿真工具。
本论文 中主要使用ATLAS工具对器件结构及特性进行研究。
1. SOI结构SOI(Silicon On Insulator)技术，全称为绝缘体上的 硅。
顶层硅跟衬底之间加入了_层埋氧层。
根据顶层硅膜厚度，将SOI分成了厚膜和薄膜两类。
通过栅下半导体表面的最大耗尽层宽度为标准来进行划分，若硅膜厚度4>2>^，则属于厚膜SOI器件，在正背界 面耗尽区之间存在中性区域，硅膜并没有完全耗尽，所以又 称为部分耗尽SOI器件（PD SOI)。
Silvaco操作指南
第二篇半导体工艺及器件仿真软件Silvaco操作指南主要介绍了半导体器件及工艺仿真软件Silvaco的基本使用。
书中通过例程引导学习工艺仿真模块Athena和器件仿真模块Atlas，通过这两部分的学习可以使学习人员深入了解半导体物理的基本知识，半导体工艺的流程，以及晶体管原理的基本原理，设计过程，器件的特性。
对于学习集成电路的制备及后道工序有一定的帮助。
第一章 SILVACO软件介绍 .............. 错误!未定义书签。
程序启动................................... 错误!未定义书签。
选择一个应用程序例子...................... 错误!未定义书签。
工艺模拟 .................................. 错误!未定义书签。
运行一次模拟............................. 错误!未定义书签。
渐进学习模拟............................. 错误!未定义书签。
绘制结构................................. 错误!未定义书签。
使用Tonyplot进行绘图 ................... 错误!未定义书签。
修正绘图的外观 .......................... 错误!未定义书签。
缩放及在图上进行平移 .................... 错误!未定义书签。
打印图形................................. 错误!未定义书签。
使用H ISTORY功能 ........................... 错误!未定义书签。
明确存贮状态 .............................. 错误!未定义书签。
创建用于比较的两个结构文件................. 错误!未定义书签。
存贮文件创建............................. 错误!未定义书签。
SilvacoTCAD器件仿真01
material=silicon region=1 gaussian
x.min=0.1
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。
x.mesh loc=0.1 spac=0.05
mesh
• 参数#3 Eliminate 可以在ATLAS生成的mesh基础上消除掉一些网格线，消除方
式为隔一条删一条 • 可用参数有columns,rows, ix.low,ix.high,iy.low.ly.high,
x.min,x.max,y.min,y.max
规则3: 参数有4种类型
Parameter
Description
Character Integer Logical
Any character string Any whole number A true or false condition
Real
Any real number
Value Required
#.... N-epi doping 定义初始掺杂浓度 doping n.type conc=5.e16 uniform
#.... Guardring doping 定义p环保护掺杂
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
半导体工艺学silvaco仿真实例——扩散
Indium Implant and Anneal1 go athena23 #TITLE: Indium Anneal45 #the x dimension definition6 line x loc = 0.0 spacing=0.17 line x loc = 0.1 spacing=0.189 #the vertical definition10 line y loc = 0 spacing = 0.0211 line y loc = 2.0 spacing = 0.201213 #initialize the mesh14 init silicon c.phos=1.0e141516 #perform uniform boron implant17 implant indium dose=1e13 energy=70 monte18 structure outfile=andfex12_0.str1920 #perform diffusion21 diffuse time=30 temperature=1000222324 extract name="xj" xj silicon mat.occno=1 x.val=0.0 junc.occno=12526 #save the structure27 structure outfile=andfex12_1.str2829 tonyplot -overlay andfex12_0.str andfex12_1.str -set andfex12.set3031 quitOxidation Enhanced Diffusion of Boron1 go athena23 # OED of Boron45 #the x dimension definition6 line x loc = 0.0 spacing=0.17 line x loc = 0.1 spacing=0.189 #the vertical definition10 line y loc = 0 spacing = 0.0211 line y loc = 2.0 spacing = 0.2012 line y loc = 25.0 spacing = 2.51314 #initialize the mesh15 init silicon c.boron=1.0e141617 #perform uniform boron implant18 implant boron dose=1e13 energy=701920 #set diffusion model for OED21 method two.dim2223 #perform diffusion24 diffuse time=30 temperature=1000 dryo225 #26 extract name="xj_two.dim" xj silicon mat.occno=1 x.val=0.0 junc.occno=12728 #save the structure29 structure outfile=andfex02_0.str3031 # repeat the simulation with default FERMI model32 go athena3334 #TITLE: Simple Boron Anneal3536 #the x dimension definition37 line x loc = 0.0 spacing=0.138 line x loc = 0.1 spacing=0.13940 #the vertical definition41 line y loc = 0 spacing = 0.0242 line y loc = 2.0 spacing = 0.2043 line y loc = 25.0 spacing = 2.54445 #initialize the mesh46 init silicon c.phos=1.0e144748 #perform uniform boron implant49 implant boron dose=1e13 energy=705051 #select diffusion model52 method fermi5354 #perform diffusion55 diffuse time=30 temperature=1000 dryo256 #57 extract name="xj_fermi" xj silicon mat.occno=1 x.val=0.0 junc.occno=1585960 #save the structure61 structure outfile=andfex02_1.str6263 # compare diffusion models64 tonyplot -overlay andfex02_0.str andfex02_1.str -set andfex02.set Emitter Push Effect1 go athena23 #TITLE: Emitter push effect example4 #5 line x loc=0.0 spac=0.26 line x loc=2.5 spac=0.87 line x loc=3.0 spac=0.28 #9 line y loc=0.00 spac=0.0410 line y loc=0.3 spac=0.0611 line y loc=2.0 spac=0.812 line y loc=10.0 spac=2.013 #14 init c.phos=1e1515 #16 implant boron dose=1e13 energy=4017 #18 deposit nitride thick=.2 div=419 #20 etch right nitride p1.x=2.521 relax y.min=1.522 #23 implant phosphor dose=1e16 energy=3024 #25 etch nitride all26 #27 method compress full.cpl28 diffuse time=30 temp=100029 #30 structure outfile=andfex07.str31 #32 tonyplot -st andfex07.str -set andfex07.set3334 quitDamage Enhanced Diffusion of ArsenicThis example demonstrates the damage enhanced diffusion effect in a heavy arsenic implant typical of MOS source/drain or bipolar emitter processing.1 go athena23 #the x dimension definition4 line x loc = 0.0 spacing=0.15 line x loc = 0.1 spacing=0.167 #the vertical definition8 line y loc = 0 spacing = 0.0059 line y loc = 2.0 spacing = 0.2010 line y loc = 25.0 spacing = 2.51112 #initialize the mesh13 init silicon c.boron=1.0e171415 #deposit screen oxide16 deposit oxide thickness=0.005 div=21718 #perform arsenic implant with damage19 implant arsenic dose=1.0e15 energy=40 tilt=7 unit.damage dam.factor=0.12021 #set diffusion model for TED22 method full.cpl2324 #perform diffusion25 diffuse time=15/60 temperature=100026 #27 extract name="xj_fullcpl" xj silicon mat.occno=1 x.val=0.0 junc.occno=12829 #save the structure30 structure outfile=andfex03_0.str3132 # repeat the simulation with FERMI model3334 #the x dimension definition35 line x loc = 0.0 spacing=0.136 line x loc = 0.1 spacing=0.13738 #the vertical definition39 line y loc = 0 spacing = 0.00540 line y loc = 2.0 spacing = 0.2041 line y loc = 25.0 spacing = 2.54243 #initialize the mesh44 init silicon c.boron=1.0e174546 #deposit screen oxide47 deposit oxide thickness=0.005 div=24849 #perform arsenic implant with damage50 implant arsenic dose=1.0e15 energy=40 tilt=7 unit.damage dam.factor=0.15152 #set default model53 method fermi5455 #perform diffusion56 diffuse time=15/60 temperature=100057 #58 extract name="xj_fermi" xj silicon mat.occno=1 x.val=0.0 junc.occno=15960 #save the structure61 structure outfile=andfex03_1.str6263 # compare diffusion models64 tonyplot -overlay andfex03_0.str andfex03_1.str -set andfex03.set。
silvaco实例 -回复
silvaco实例-回复Silvaco实例- 开启半导体设计和仿真的门户Silvaco是一家总部位于美国加利福尼亚州的电子设计自动化（EDA）软件企业，致力于提供半导体设计和仿真解决方案。
本文将以Silvaco实例为主题，深入探讨该公司提供的关键技术和解决方案，并阐述其在半导体设计行业中的重要性。
第一部分：Silvaco公司的介绍Silvaco成立于1984年，是一家在电子设计自动化软件行业树立了良好声誉的公司。
Silvaco提供了一系列创新和高效的设计和仿真工具，帮助公司节省时间和资源，提高半导体设计的效率。
Silvaco的客户群涉及众多行业，从创业初创公司到全球领先的微电子公司，都在Silvaco的技术和解决方案中找到了满意度。
第二部分：Silvaco解决方案的关键特性Silvaco提供了一系列的软件解决方案，针对不同层面的半导体设计和仿真需求。
以下是Silvaco解决方案的一些关键特性：1. 设计和布局：Silvaco提供了一套完整的工具，帮助工程师进行芯片级设计、自定义布局、电磁兼容性分析等工作。
借助这些工具，工程师可以轻松地实现电路设计和电路布局的目标。
2. 设备建模和仿真：Silvaco提供了全面的设备建模和仿真解决方案，以支持工程师进行电子元件的性能评估和预测。
这些工具能够帮助工程师在设计过程中更好地了解和评估半导体元件的性能，提高设计的质量和可靠性。
3. 物理仿真和可靠性分析：Silvaco还提供了一套强大的物理仿真和可靠性分析工具，用于评估和验证芯片的可靠性。
通过这些工具，工程师可以进行热仿真、电磁仿真、器件和电路可靠性仿真等工作，确保设计的实际使用情况下的稳定性和可靠性。
4. 器件分析和优化：Silvaco的解决方案还能帮助工程师分析和优化半导体器件的性能。
工程师可以通过这些工具进行器件性能分析、电路和系统级优化，从而提高整体设计的效率和性能。
第三部分：Silvaco实例的应用案例Silvaco实例广泛应用于各个领域，包括通信、计算机、消费电子、汽车等。
silvaco中mosfet亚阈值摆幅提取
Silvaco 是一个用于半导体器件和集成电路设计的软件包，其中包括TCAD （Technology Computer Aided Design）工具。
在Silvaco 中提取MOSFET 的亚阈值摆幅（Subthreshold Swing, SS）可以通过以下步骤进行：
1. 模型建立：
- 使用Silvaco TCAD 软件中的Atlas 或Athena 工具建立MOSFET 模型。
- 设定材料、工艺参数、结构尺寸等信息。
2. 电路仿真：
- 在Silvaco 的DeckBuild 环境中创建一个电路文件，包含要提取亚阈值摆幅的MOSFET 器件。
- 设置输入电压源和测量点，以便于后续数据采集。
3. I-V 特性模拟：
- 运行电路仿真，获取不同栅极电压下的漏电流数据。
- 记录不同栅极电压下对应的漏电流值。
4. 数据分析：
- 根据得到的I-V 曲线，计算出每一点的亚阈值摆幅。
5. 优化与分析：
- 分析亚阈值摆幅的结果，评估其性能是否满足设计要求。
- 如果需要改善性能，可以通过调整器件参数（如氧化层厚度、掺杂浓度等）或改变结构（如FinFET、SOI 结构等）来进行优化。
6. 报告生成：
- 将结果整理成报告，包括实验条件、设备参数、仿真结果以及结论等。
请注意，以上是一般性的流程，具体的设置可能根据Silvaco 的版本和实际需求有所不同。
在操作过程中遇到问题时，建议参考Silvaco 提供的用户手册或者在线教程。
半导体器件电学性模拟silvaco-atlas介绍
定义材料特性
material ni.min=1e-10 taun0=1e-9 taup0=1e-9 mobility fmct.n GaNsat.n
选定物理模型
models
srh fermi print
定义接触类型
contact contact contact
name=gate name=source name=drain
用Atlas语法直接进行器件描述，然后进行器件性能仿真。
Atlas器件仿真步骤
• 启动Atlas软件 • 网格的定义 • 材料区域的定义 • 电极、掺杂、材料特性和模型特性等的定义
• 器件输出特性（I-V曲线）的仿真
• 用tonyplot输出仿真结果
启动Atlas软件
在LINUX系统下， 输入deckbuild –as& 进入Atlas操作界面。 Go atlas开始运行。
x、y坐标的起始位置、终止位置以及 网格空间间隔。
网格的疏密决定仿真结果的精确程度。
y.mesh loc=-0.01 spac=0.002 y.mesh loc=0 spac=0.005 y.mesh loc=0.03 spac=0.005 y.mesh loc=0.1 spac=0.005 y.mesh loc=1 spac=0.5
定义各个区域材料，并用polarization calc.strain等申明极 化效应，并对极化效应大小及极化电荷密度进行计算。
电极、掺杂、材料特性和物理模型等的定义
定义电极
electrode name=source electrode name=gate electrode name=drain
Silvaco TCAD ----Atlas
器件仿真软件模块-Silvaco
器件仿真软件模块ATLAS2D 硅器件仿真器S-Pisces/Device3DS-Pisces 是一个2D 器件仿真器，应用于合并了漂流扩散和能量平衡传输方程的硅化技术。
它拥有大量的可用物理模型集合，包括表面/体积迁移率、复合、碰撞电离和隧道模型等。
典型的应用包括MOS ,双极和BiCMOS 技术。
所有物理模型的性能已被扩展到深亚微米器件、SOI 器件和非易失性存贮器结构等。
它也可计算所有可测量的电学参数。
对于MOS 技术，这些参数包括门极和漏极特性，亚阈值漏电，衬底电流和穿通电压。
而双极技术则可预测Gummel 图和饱和曲线。
其他可计算的特性包括击穿行为、纽结和突返效应、CMOS 闩锁效应、低温和高温操作、AC参数和本征开关时间。
完全MOS 特性表征右图描述的是寄生双极造成的击穿曲线中的突返效应的仿真。
右图显示使用能量平衡和经典的漂移扩散计算的MOSFET 中的衬底电流。
使用能量平衡模型计算的行为更好地吻合测量的行为，因为它包括过冲电压到和非局部碰撞电离。
上面两图显示了分别针对不同的VGS 和VBS 的ID-VD 和ID-VGS 仿真的数据。
这些特性可直接加载到UTMOST ，并提取出等效的BSIM3或BSIM4 Spice 模型。
因此在任何可用的晶片制造之前即可表征新的工艺。
上图显示0.3µmMOSFET 中的电子温度分布。
碰撞电离率是基于载流子温度，而不是局部电场。
因此产生非局部效应。
左图显示的LDD MOSFET 结构是在ATHENA 工艺仿真器中仿真的，其最终结构可直接输入到ATLAS 中。
漏极电压14.5V 用于漏极接触，图上也添加了电场轮廓线。
完全双极特性表征S-Pisces仿真双极器件性能的各个方面。
如下图所示的复杂结构可从ATHENA中载入。
DC特性如Gummel图, b f vs. I c 和 I c vs. VCE均可被轻松仿真。
通过使用S-Pisces的时域模式可执行本征开关瞬态速度。
silvaco-atlas操作文档
一、ATLAS 概述ATLAS 是一个基于物理规律的二维器件仿真工具，用于模拟特定半导体结构的电学特性，并模拟器件工作时相关的内部物理机理。
1. ATLAS 输入与输出大多数ATLAS 仿真使用两种输入文件：一个包含ATLAS 执行指令的文本文件和一个定义了待仿真结构的结构文件。
ATLAS 会产生三种输出文件：运行输出文件(r un -t i m e ou t pu t )记录了仿真的实时运行过程，包括错误信息和警告信息；记录文件(log files)存储了所有通过器件分析得到的端电压和电流；结果文件(s o l u t i on f il e s )存储了器件在某单一偏置点下有关变量解的二维或三维数据。
2. ATLAS 命令的顺序在ATLAS 中，每个输入文件必须包含按正确顺序排列的五组语句。
这些组的顺序如图1.1所示。
如果不按照此顺序，往往会出现错误信息并使程序终止，造成程序非正常运行。
3. 开始运行ATLAS1) 点击桌面图标“Exceed XDMCP Broadcast ”。
（如图1.2） 2) 弹出图二的界面。
点击“ASIC-V890”， 点OK 进入。
3) 输入用户名“asic00”，点击OK （如图3）；输入密码“asic ”(注意大小写,并且本软件不显示密码图案“**”，一定注意输入正确与否)，点击OK （如图4）。
进入界面（如图5）图1.1 图1.2 图 1.3图 3.224) 右击空白处选择“Tools ”,再点击“Terminal ”。
（如图1.4）5) 在“Terminal ”窗口中“%”后输入“deckbuild –as&”（注意deckbuild 与–之间的空格）（如图1.5）。
按下“enter ”键。
进入atlas 界面（如图1.6）。
二、NMOS 结构的ATLAS 仿真我们将以下几项内容为例进行介绍： 1. 建立NMOS 结构。
图 1.4图 1.5 图1.62. Vds=0.1V 时，简单Id-Vgs 曲线的产生；3. 器件参数如Vt ，Beta 和Theta 的确定；4. Vgs 分别为1.1V ，2.2V 和3.3V 时，Id-Vds 曲线的产生。
silvaco
Silvaco产品分布图
可视工具 文件软件管理 IC版图编辑器
Tonyplot Manager MaskViews DeckBuild
DevEdit Optimizer SPDB
器件编辑器 参数自优化 工艺数据库
VWF交互工具
实际上它不是交互 工具，但是它可与 Deckbuild作为一个 整体一起使用
第一句定义了在整个网格 区域里进行了1e16浓度的重 掺杂。
peak
第二句定义了高斯分布， 1e18cm-3的峰值掺杂浓度在y 方向0.1µm处，且x方向被限 制在0~1的范围内。 Y方向：杂质浓度按高斯 分布规律减小，标准偏差为
0.05 ⋅ 2
µm 。
当x>1&x<0时，掺杂浓度在横 向上CHARACTERISTIC以的
区域定义：region
Syntax： region number=n material position region number=1 material=silicon x.min=0 x.max=100 y.min=0 y.max=10 \ z.min=0 z.max=10 n：介于1~200之间，建议按从小到大的顺序定义。 material：各种材料的命名见说明书的Appendix B：“material system”， 所有材料被分为3种：导体、半导体和绝缘体。该参数并不是只代表材料名 称，它也有其它代表意义，详情请查看说明书。 position：除了例句中的定义方式还有其它方式，比如对于圆柱形网格的 区域定义等。
eg2：material material=silicon… 模型定义：models和impact
models可定义除碰撞电离以外的其他所有模型，还有温度等。如常见的有： conmob fldmob bgn incomplete analytic srh fermidirac… 为了模拟方便按器件归类还有以下综合模型： MOS,BIPOLAR,PROGRAM和ERASE，其每个综合模型均包还有一组关 于迁移率、复合、载流子统计和隧道模型，但是这些不足以描述该器件 中的所有物理过程，还必须与其它模型组合使用，详情可查看说明书3.6 节“physical models”。 eg1：models mos print \该句使用了：cvt,srh和fermidirac模型 eg2：models bip print \该句使用了：conmob,fldmob,consrh,auger和bgn模型 print可以在实时输出窗口中显示材料阐述和模型等信息，以便用户核对。 Impact只定义碰撞电离，如：selb，vanovers…
[SILVACOATLAS]a-IGZO薄膜晶体管二维器件仿真（04）
![[SILVACOATLAS]a-IGZO薄膜晶体管二维器件仿真（04）](https://img.taocdn.com/s3/m/ea906b54b207e87101f69e3143323968011cf492.png)
[SILVACOATLAS]a-IGZO薄膜晶体管⼆维器件仿真（04）在上有好多好东西啊：不过这个教程⾥是Linux系统的，⽽且⼯艺仿真占了⽐较⼤的篇幅。
defect region=1 nta=5e17 wta=0.172 nga=5e15 wga=2 ntd=0.0 wtd=0 ngd=0 wgd=0interface QF=-2e10 S.Imodel fermisolve initsolve vdrain=10log outf=tft.logsolve vgate=-20 vstep=-0.5 vfinal=20 name=gate outfile=oxideTFT.strtonyplot -overlay oxideTFT.str tft.log因为之前出现了内存不⾜的问题，于是精简了defect的定义，步长改成了0.5，但是这样的话求解不收敛，如下。
步长改为0.1还是不收敛；翻了下书，改了计算⽅法method gummel newton可能是因为步长⽐较⼩的原因，算了好久。
输出的转移曲线如下：emmmmmm没想明⽩关态电流为啥这么⾼。
接下来，要⼿调参数拟合。
材料定义：material material=igzo eg300=3.5 nc300=8.5e21 nv300=8.5e21 taun0=1e-9 taup0=1e-9affinity=4.35 mup=1 mun=35eg300:禁带宽度nc300/nv300:effective density of states for electrons and holestaun0/taup0:electron and hole lifetimes(载流⼦寿命)affinity:电⼦亲和势mup/mun:electron and hole mobilities(两种载流⼦的迁移率)缺陷定义：defect region=1 nta=5e17 wta=0.172 nga=5e15 wga=2 ntd=0.0 wtd=0 ngd=0 wgd=0Atlas User's Manual V1 Density Of States ModelNTA/NTD:Conduction and valence band edge intercept densitiesWTA/WTD:Characteristic decay energy of NTANGA/NGD:Total density of statesWGA/WGD:Characteristic decay energy of NGAEGA/EGD:Peak energy/peak distribution界⾯电荷定义：interface QF=-2e10 S.IThe INTERFACE statement is used to define the interface charge density and surface recombination velocity at interfaces between semiconductors and insulators .该语句⽤于定义半导体和绝缘层之间的界⾯电荷密度和表⾯复合速度。
最新Silvaco器件仿真
2. 在整个学科中所处的位置是什么？ 从纵向来讲，和其他CAD类或仿真类课程一样，它是基础理论知 识和实际生产的链接点。 从横向来讲， 电路模拟、工艺模拟、器件模拟之间的关系可以用下 面的结构图来表示
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本门课程 重点学习部分
工艺描述
工艺仿真
(Process Simulation)
Sentaurus Device 整合了 (1)Avanti 的Medici和
Taurus Device (2)ISE 的DESSIS 器件 物理特性仿真工具, 充实并 修正了诸多器件物理模型, 推出新的器件物理特性分析 工具Sentaurus Device。
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Silvaco TCAD
可迅速和精确地模拟应用在CMOS、双极、SiGe / SiGeC 、 SiC、SOI 、III-V、光电子和功率器件技术的所有关键加工步骤
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如图所示为一个半导体工艺仿真的结果示意图。
掺杂浓度
几何结构
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deckbuild 的使用
（1）deckbuild的调用
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。
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双击文件名来选择实例如 Mos1ex01.in
被选中的输入文件的描述将会出现在示例 窗口中，如图所示
这些描述包括
a. 运行本例所需要的软件模块 b. 提供本例演示概貌 c. 描述本例所使用的仿真命令 d. 描述本例运行结束后显示出来的结果
silvaco 方阻计算
silvaco 方阻计算Silvaco方阻计算是一种常用的半导体器件仿真工具，在半导体器件制造过程中起着重要的作用。
本文将介绍Silvaco方阻计算的原理、应用以及使用方法。
一、Silvaco方阻计算的原理Silvaco方阻计算基于半导体物理学和数学模型，通过计算材料的电子结构、载流子输运以及电场分布等关键参数，来预测器件的电阻特性。
方阻指的是材料的电阻率，是电阻和电流密度之间的比值。
方阻计算可以通过建立材料的能带结构模型，并结合载流子输运模型，计算材料内部的电荷分布和电场分布，从而得到材料的方阻。
二、Silvaco方阻计算的应用Silvaco方阻计算可以应用于各种半导体器件的设计和优化中。
例如，可以用于MOSFET、BJT、二极管等器件的方阻分析，以及电阻平衡和电阻匹配等方面。
方阻计算可以帮助工程师了解器件的电阻特性，进而优化器件的性能。
通过准确计算方阻，可以预测器件在实际工作条件下的电阻变化情况，提前发现潜在的问题并进行相应的改进。
三、Silvaco方阻计算的使用方法在使用Silvaco方阻计算之前，需要准备相关的材料参数和器件结构参数。
首先，需要建立材料的能带结构模型，包括导带和价带的能量分布。
其次，需要输入载流子输运模型，包括载流子的迁移率、扩散系数和复合系数等参数。
最后，需要定义器件的结构参数，如电极间距、材料厚度等。
在输入参数后，可以进行方阻计算。
Silvaco会根据输入的参数，在计算过程中考虑电场分布、载流子输运以及电阻率等因素，从而得到器件的方阻。
四、Silvaco方阻计算的优势和局限性Silvaco方阻计算具有以下优势：1.准确性高：Silvaco方阻计算基于物理学和数学模型，可以准确地预测器件的方阻特性。
2.灵活性强：Silvaco方阻计算可以应用于各种类型的半导体器件，适用于不同的工艺和材料。
3.可视化效果好：Silvaco可以生成直观的方阻分布图，帮助工程师直观地了解器件的电阻情况。
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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
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
x、y坐标的起始位置、终止位置以及 网格空间间隔。
网格的疏密决定仿真结果的精确程度。
y.mesh loc=-0.01 y.mesh loc=0 y.mesh loc=0.03 y.mesh loc=0.1 y.mesh loc=1
spac=0.002 spac=0.005 spac=0.005 spac=0.005 spac=0.5
器件最终结构
用tonyplot输出仿真结果
t GaN_0.log
定义材料特性
material ni.min=1e-10 taun0=1e-9 taup0=1e-9 mobility fmct.n GaNsat.n
选定物理模型
models srh fermi print
定义接触类型
contact name=gate contact name=source contact name=drain
用Atlas语法直接进行器件描述，然后进行器件性能仿真。
Atlas器件仿真步骤
• 启动Atlas软件 • 网格的定义 • 材料区域的定义 • 电极、掺杂、材料特性和模型特性等的定义 • 器件输出特性（I-V曲线）的仿真 • 用tonyplot输出仿真结果
启动Atlas软件
在LINUX系统下， 输入deckbuild –as& 进入Atlas操作界面。 Go atlas开始运行。
网格的定义
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
workfunc=4.31 workfunc=4.31 surf.rec workfunc=4.31 surf.rec
器件输出特性（I-V曲线）的仿真
solve init solve previous save outfile=GaN.str log outfile=GaN_0. log solve vdrain=0.2 vstep=0.2 vfinal=5 name=drain previous log off
Atlas简介
ATLAS器件仿真系统使得器件技术工程师可以模拟半导体器件的电气、光学和 热力的行为。ATLAS提供一个基于物理，使用简便的模块化的可扩展平台，用以分 析所有2D和3D模式下半导体技术的的直流，交流和时域响应。ATLAS器件仿真系统： ◆无需昂贵的分批作业试验，即可精确地特性表征基于物理的器件的电气、光学 和热力性能； ◆解决成品率和工艺制作过程变异的问题，使其达到速度、功率、密度、击穿、 泄漏电流、发光度和可靠性的最佳结合； ◆完全与ATHENA工艺仿真软件整合，具有完善的可视化软件包，大量的实例数据 库和简单的器件输入； ◆最多选择的硅模型，III-V、II-VI、IV-IV或聚合/有机科技，包括CMOS、双极、高 压功率器件、VCSEL、TFT、光电子、激光、LED、CCD、传感器、熔丝、NVM、铁 电材料、SOI、Fin-FET、HEMT和HBT； ◆分支机构遍布世界各地，有专门的物理学博士提供TCAD支持； ◆与专精稳定和有远见的行业领导者合作，在新技术强化上有活跃的发展计划； ◆直接把ATLAS结果输入到UTMOST进行SPICE参数提取，将TCAD技术应用到整个流 片(Tapeout)过程。
Silvaco TCAD ----Atlas
2011.01.11
目录
• Silvaco TCAD--Atlas简介 • Atlas器件仿真步骤 • 实例操作演示
Silvaco TCAD—Atlas简介
• Silvaco TCAD软件用来模拟半导体器件电学性能，进 行半导体工艺流程仿真，还可以与其它EDA工具组合起 来使用(比如spice)，进行系统级电学模拟(Sentaurus和 ISE也具备这些功能)。 • SivacoTCAD为图形用户界面，直接从界面选择输入 程序语句，非常易于操作，其例子教程直接调用装载 并运行，是例子库最丰富的TCAD软件之一，你做的任 何设计基本都能找到相似的例子程序供调用。 • Silvaco TCAD平台包括工艺仿真(ATHENA)，器件仿真 (ATLAS)和快速器件仿真系统(Mercury)，尤其适合喜欢 在全图形界面操作软件的用户。
材料区域的定义
材料区域的定义
region number=1 material=oxide y.max=0 region number=2 material=AlGaN y.min=0 y.max=0.03
polarization calc.strain region number=3 material=GaN y.min=0.03
position=0.3 polarization substrate
定义各个区域材料，并用polarization calc.strain等申明极 化效应，并对极化效应大小及极化电荷密度进行计算。
电极、掺杂、材料特性和物理模型等的定义
定义电极
electrode name=source x.min=0 electrode name=gate x.min=3 electrode name=drain x.min=6