第6章器件仿真工具(DESSIS)的模型分析

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IDEAS-航天器热分析设计

3.4 Create a thermal coupling for the solar panels
Name: Solar Array Primary Elements: Group Primary Elements: SUN SIDE PANEL Secondary Elements: Group Secondary Elements: DARK SIDE PANEL Type: Conductive Thermal Conductivity：2
说明：说明：建立电池阵边缘与主体的耦合传热 TMG will determine which elements of the main unit are the closest to the edge elements of the panels.
3.6 Create a non-geometric element at 17°C Name: Contents Fix temperature at: 17°C 说明：建立一个non-geometric element 代表主体内部的热传导 This element is coupled to the main unit in the next step. 3.7 Couple the spacecraft contents to the main unit
0.25 0.2 0.25
Shell0.5 Shell20
antenna beam
Mapped
说明：说明：Define a beam mesh on the four edgesof the solar array
closest to the main unit
在电池阵靠近航天器主体处的四个边界进行网格划分目的：目的：建立电池阵与主体的耦合传热

半导体器件模拟仿真

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
本门课程重点学习部分
工艺仿真
(Process Simulation)
器件仿真
(Device Simulation)
一、概论：半导体仿真概述 Introduction of Semiconductor Simulation
1. 这门课是研究什么的？
（1）什么是仿真？仿真和另外一个词汇建模（modeling）是密不可分的。所谓建模就是用数学方式抽象地总结出客观事物发展的一般规律。仿真是在这个一般规律的基础上，对某事物在特定条件下的行动进行推演和预测。因此可以说建模是仿真的基础，仿真是随着建模的发展而发展的。建模和仿真的关系可以比作程序设计中算法和语言的关系。
3. 对半导体工艺仿真及器件仿真中所用到的模型加以了解 4*. 利用工艺器件仿真软件，培养和锻炼工艺流程设计和新器件开发设计等方面的技能。
6. 半导体器件仿真的历史发展
1949年：半导体器件模拟的概念起源于此年肖克莱（Shockley）发表的论文，这篇文章奠定了结型二级管和晶体管的基础。但这是一种局部分析方法，不能分析大注入情况以及集电结的扩展。 1964年：古默尔（H.K.Gummel）首先用数值方法代替解析方法模拟了一维双极晶体管，从而使半导体器件模拟向计算机化迈进。 1969年： D．P．Kennedy和R.R.O’Brien第一个用二维数值方法研究了JFET。 J．W．Slotboom用二维数值方法研究了晶体管的DC特性。从此以后，大量文章报导了二维数值分析在不同情况和不同器件中的应用。相应地也有各种成熟的模拟软件，如CADDET和 MINIMOS等。

spice模型

SPICE中将MOS场效应管模型分成不同级别，并用变量LEVEL来指定所用的模型。
1）LEVEL＝1
级别为1的MOS管模型又称MOS1模型，这是最简单的模型，适用于手工计算。MOS1模型是 MOS晶体管的一阶模型，描述了MOS管电流电压的平方率特性，考虑了衬底调制效应和沟道长度调制效应，适用于精度要求不高的长沟道MOS晶体管。
4）LEVEL＝4 级别为4的MOS4模型又称BSIM（Berkeley short-channel IGFET model）模型。该模型是由美国伯克利大学1984年专门为短沟道MOS 场效应晶体管而开发的模型，是AT&T Bell实验室简练短沟道IGFET模型的改进型。模型是在物理基础上建立的，模型参数由工艺文件经模型参数提取程序自动产生，适用于数字电路和模拟电路，而且运行时间比二级模型平均缩短一半左右。现已发表的有BSIM1、BSIM2、 BSIM3和BSIM4等模型。
Cd

dQ dVD
τT
dI D dVD
τT I D
n Vt
二极管模型参数对照表
参数名
饱和电流发射系数串联体电阻渡越时间零偏置时的势垒
电容梯度因子
PN结内建势垒
公式中符号
IS n RS τT Cj0 m V0
SPICE中符号
IS N RS TT CJ0 M VJ
单位
A Ω Sec F V
SPICE中缺省值
1.0E-14 1 0 0
0
0.5
1
二极管的噪声模型
热噪声：
In2
4kTA RS
闪烁（1/f）噪声和散粒噪声：
In2

KF I D AF

半导体器件模拟仿真

6. 半导体器件仿真的历史发展 1949年：半导体器件模拟的概念起源于此年肖克莱（Shockley）发表的论文，这篇文章奠定了结型二级管和晶体管的基础。但这是一种局部分析方法，不能分析大注入情况以及集电结的扩展。 1964年：古默尔（H.K.Gummel）首先用数值方法代替解析方法模拟了一维 H.K.Gummel 双极晶体管，从而使半导体器件模拟向计算机化迈进。 1969年： D．P．Kennedy和R.R.O’Brien第一个用二维数值方法研究了JFET。 J．W．Slotboom用二维数值方法研究了晶体管的DC特性。从此以后，大量文章报导了二维数值分析在不同情况和不同器件中的应用。相应地也有各种成熟的模拟软件，如CADDET和 MINIMOS等。
一、概论：半导体仿真概述概论： Introduction of Semiconductor Simulation 1. 这门课是研究什么的？这门课是研究什么的？（1）什么是仿真？）什么是仿真？仿真和另外一个词汇建模（modeling）是密不可分的。所谓建模就是用数学方式抽象地总结出客观事物发展的一般规律。仿真是在这个一般规律的基础上，对某事物在特定条件下的行动进行推演和预测。因此可以说建模是仿真的基础，仿真是随着建模的发展而发展的。建模和仿真的关系可以比作程序设计中算法和语言的关系。
Silvaco TCAD
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。 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。 Silvaco TCAD平台包括：工艺仿真(ATHENA) 器件仿真(ATLAS) 快速器件仿真(Mercury)

半导体工艺及器件模拟一

13
半导体工艺和器件模拟
2) 刻蚀：主要参数（刻蚀材料，刻蚀厚度（刻蚀速率），各向同性和各向异性）根据需要，一般有三种刻蚀模式：（a）等厚度刻蚀法：
Etching(material=ox, remove=0.01, over=20) over为过刻蚀率的定义，它主要是在硅片表面不平整时能保证将指定材料刻蚀完全，避免残留物对后续仿真的影响。缺省值为10%。
修复晶格损伤和电激活可通过加热来实现，称为退火. 退火的温度要低于扩散的温度,防止横向扩散.退火通常在 600~1000ºC. 离子注入产生表面沟道效应. 晶圆主要晶轴对准离子束流入射方向时,离子可沿沟道深入,达到预计的10倍. 这可通过晶圆方向扭转来控制,一般将晶圆的取向偏移3~7º
20
半导体工艺模拟--DIOS
9
半导体工艺和器件模拟
首先结合半导体器件制造的基本工艺，介绍ISE_TCAD平台工艺仿真指令：
半导体工艺模块称为DIOS, 首先需要编写一个文件，其扩展名必须为*_dio.cmd. 例如：PN_dio.cmd 下面结合半导体器件制备的主要工艺讲解文件中的指令用法
。几乎所有器件制备工艺都是这些工艺步骤的反复应用。四个最基本的工艺步骤包括增层、光刻、掺杂、热处理
4
半导体工艺和器件模拟
工艺仿真：可实现离子注入、氧化、刻蚀、光刻等工艺过程的模拟。可用于设计新工艺，改良旧工艺。器件仿真：可以实现电学特性仿真，电学参数提取。可用于设计新型器件，改良旧结构器件，验证器件的电学特性。如MOS晶体管，二极管，双极性晶体管等。或建立简约模型以用于电路仿真。
Diffusion( time=10min, temperature=1000ºC)
22

Sentaurus演示

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(sdegeo:create‐rectangle (position 0 (‐0 @toxf@) 0.0 ) (position @L@ 0 0.0 ) "SiO2" "oxidef" ) (sdegeo:create‐rectangle (position 0 0 0.0 ) (position @L@ @tsi@ 0.0 ) "Silicon" "body" ) (sdegeo:create‐rectangle (position 0 @tsi@ 0.0 ) (position @L@ (+ @tsi@ @toxb@) 0.0 ) "SiO2" "oxideb" ) (sdegeo:create‐rectangle (position ‐0.02 0 0.0 ) (position 0 @tsi@ 0.0 ) "Silicon" "source" ) (sdegeo:create‐rectangle (position @L@ 0 0.0 ) (position (+ @L@ 0.02) @tsi@ 0.0 ) "Silicon" "drain" ) (sdegeo:define‐contact‐set "gf" 4 (color:rgb 1 0 0 ) "##" ) (sdegeo:define‐contact‐set "s" 4 (color:rgb 1 0 0 ) "##" ) (sdegeo:define‐contact‐set "d" 4 (color:rgb 1 0 0 ) "##" ) (sdegeo:define‐contact‐set "gb" 4 (color:rgb 1 0 0 ) "##" ) (sdegeo:define‐2d‐contact (list (car (find‐edge‐id (position (/ @L@ 2) (‐0 @toxf@) 0)))) "gf") (sdegeo:define‐2d‐contact (list (car (find‐edge‐id (position ‐0.02 (/ @tsi@ 2) 0)))) "s") (sdegeo:define‐2d‐contact (list (car (find‐edge‐id (position (+ @L@ 0.02) (/ @tsi@ 2) 0)))) "d") (sdegeo:define‐2d‐contact (list (car (find‐edge‐id (position (/ @L@ 2) (+ @tsi@ @toxb@) 0)))) "gb") (sdedr:define‐constant‐profile "CPD_body" "BoronActiveConcentration" @nbody@) (sdedr:define‐constant‐profile‐region "Placement_body" "CPD_body" "body") (sdedr:define‐constant‐profile "CPD_source" "PhosphorusActiveConcentration" @nsource@) (sdedr:define‐constant‐profile‐region "Placement_source" "CPD_source" "source") (sdedr:define‐constant‐profile "CPD_drain" "PhosphorusActiveConcentration" @ndrain@) (sdedr:define‐constant‐profile‐region "Placement_drain" "CPD_drain" "drain") (sdedr:define‐refinement‐size "RefinementDefinition_oxidef" (/ @L@ 5) (/ @toxf@ 4) (/ @L@ 10) (/ @toxf@ 10) ) (sdedr:define‐refinement‐region "RefPla_oxidef" "RefinementDefinition_oxidef" "oxidef" ) (sdedr:define‐refinement‐size "RefinementDefinition_oxideb" (/ @L@ 5) (/ @toxb@ 4) (/ @L@ 10) (/ @toxb@ 10) ) (sdedr:define‐refinement‐region "RefPla_oxideb" "RefinementDefinition_oxideb" "oxideb" ) (sdedr:define‐refinement‐size "RefinementDefinition_body" (/ @L@ 20) (/ @tsi@ 40) (/ @L@ 50) (/ @tsi@ 80) ) (sdedr:define‐refinement‐region "RefPla_body" "RefinementDefinition_body" "body" ) (sdedr:define‐refinement‐size "RefinementDefinition_source" 0.005 (/ @tsi@ 5) 0.002 (/ @tsi@ 10) ) (sdedr:define‐refinement‐region "RefPla_source" "RefinementDefinition_source" "source" ) (sdedr:define‐refinement‐size "RefinementDefinition_drain" 0.005 (/ @tsi@ 5) 0.002 (/ @tsi@ 10) ) (sdedr:define‐refinement‐region "RefPla_drain" "RefinementDefinition_drain" "drain" )

半导体物理TCAD实验指导书

半导体物理与器件实验指导书——ISE TCAD工具使用中北大学电子科学与技术系编写ISE TCAD环境的熟悉了解一．GENESISe——ISE TCAD模拟工具的用户主界面1)包括GENESISe平台下如何浏览、打开、保存、增加、删除、更改项目；增加实验；增加实验参数；改变性能；增加工具流程等；2)理解基本的项目所需要使用的工具，每个工具的具体功能及相互之间的关系。

二．工艺流程模拟工具LIGMENT/DIOS，器件边界及网格加密工具MDRAW1)掌握基本工艺流程，能在LIGMENT平台下完成一个完整工艺的模拟；2)在运用DIOS工具时会调用在LIGMENT中生成的*_dio.cmd文件；3)能直接编辑*_dio.cmd文件，并在终端下运行；4)掌握在MDRAW平台下进行器件的边界、掺杂、网格的编辑。

三．器件仿真工具DESSIS，曲线检测工具INSPECT和TECPLOT。

1)理解DESSIS文件的基本结构，例如：文件模块、电路模块、物理模块、数学模块、解算模块；2)应用INSPECT提取器件的参数，例如：MOSFET的阈值电压（V t）、击穿电压BV、饱和电流I sat等；3)应用TECPLOT观察器件的具体信息，例如：杂质浓度、电场、晶格温度、电子密度、迁移率分布等。

课程实验内容设计一NMOS工艺流程和GENESISe用户主界面操作熟悉1）编辑*_dio.cmd文件（或在LEGMENT操作平台下）对NMOS进行工艺流程模拟；2）运行*_dio.cmd文件，观察其工艺执行过程。

3）在MDRAW工具中调入DIOS中生成的mdr_*.bnd和mdr_*.cmd文件，再对器件的网格进行更进一步的加密。

4）编辑*_des.cmd文件，并在终端下运行此程序，其中对其简单的Id-Vg 特性进行模拟；5）在INSPECT中观察不同的工艺参数值对器件的特性有何影响，特别的对阈值电压的影响。

设计二PN结实验1)运用MDRAW工具设计一个PN结的边界（如图所示）及掺杂；2)在MDRAW下对器件必要的位置进行网格加密；3)编辑*_des.cmd文件，并在终端下运行此程序，考虑偏压分别在-2V，0V，0.5V时各自的特性；4)应用TECPLOT工具查看PN 结的杂质浓度，电场分布，电子电流密度，空穴电流密度分布。

半导体器件模拟..

半导体器件模拟

为了模拟目的，人们通常用一个简单乘方律，它的系数由拟合实验迁移率值得到：
T n ( ) 300 K T p L 0 p p( ) 300 K
L n 0 n

(3.2-3) (3.2-4)
0 n
0 p

已发表的（3.2-3）、（3.2-4 ）式中的常数数值、、 α n 、 α p 显示出若干分散，这些不同来源的系数汇编在 S.赛尔勃赫〔奥〕编的《Analysis and Simulation of Semiconductor Devices》的表4.1-1 晶格迁移率常数中，使用时可查找，这些数据的评价和推荐是相当困难的。
p 1 Jp G U t q x n 1 J n G U t q x
（3.1-6）
（3.1-7）
p q p p x x n J n qD p q n n x x J p qD p
2 q ( Nd Na p n) 2 x
半导体器件模拟
器件模拟有两种方法：一种是器件等效电路模拟法；另一种是器件物理模拟法。 (1)器件等效电路模拟法是依据半导体器件的输入、输出特性建立模型分析它们在电路中的作用，而不关心器件内部的微观机理，在电路模拟中常用这种方法。 (2)器件物理模拟法则从器件内部载流子的状态及运动出发，依据器件的几何结构及杂质分布，建立严格的物理模型及数学模型，运算得到器件的性能参数，这种方法能深刻理解器件内部的工作原理、能定量分析器件性能参数与设计参数之间的关系.
半导体器件模拟

③单能谷假设：在漂移扩散模型中，使用平均漂移和扩散的概念描述电荷输运，没有涉及多能谷半导体的考虑。对于象GaAs之类器件，多能谷输运现象往往对器件的工作特性起决定性作用，以此模型就很难处理。鉴于上述的局限性，目前发展了更高级理论及相应的模型，例如玻尔兹曼输运理论，基于此理论的器件模型已构成迄今所有较精确的器件模拟研究的概念性框架，并派生出器件的蒙特卡罗模拟，动量能量守恒，动量能量平衡模型等。更严格地处理超小器件的量子输运理论，仍是当前器件物理工作者探索研究的课题。

SPICE的器件模型大全(第6章)

SPICE的器件模型大全在介绍SPICE基础知识时介绍了最复杂和重要的电路描述语句，其中就包括元器件描述语句。

许多元器件（如二极管、晶体管等）的描述语句中都有模型关键字，而电阻、电容、电源等的描述语句中也有模型名可选项，这些都要求后面配以.MODEL起始的模型描述语句，对这些特殊器件的参数做详细描述。

电阻、电容、电源等的模型描述语句语句比较简单，也比较容易理解，在SPICE基础中已介绍，就不再重复了；二极管、双极型晶体管的模型虽也做了些介绍，但不够详细，是本文介绍的重点，以便可以自己制作器件模型；场效应管、数字器件的模型过于复杂，太专业，一般用户自己难以制作模型，只做简单介绍。

元器件的模型非常重要，是影响分析精度的重要因素之一。

但模型中涉及太多图表，特别是很多数学公式，都是在WORD下编辑后再转为JEPG图像文件的，很繁琐和耗时，所以只能介绍重点。

一、二极管模型：1.1 理想二极管的I-V特性：1.2 实际硅二极管的I-V特性曲线：折线1.3 DC大信号模型：1.4 电荷存储特性：1.5 大信号模型的电荷存储参数Qd：1.6 温度模型：1.7 二极管模型参数表：二、双极型晶体管BJT模型：2.1 Ebers-Moll静态模型：电流注入模式和传输模式两种2.1.1 电流注入模式：2.1.2 传输模式：2.1.3 在不同的工作区域，极电流Ic Ie的工作范围不同，电流方程也各不相同：2.1.4 Early效应：基区宽度调制效应2.1.5 带Rc、Re、Rb的传输静态模型：正向参数和反向参数是相对的，基极接法不变，而发射极和集电极互换所对应的两种状态，分别称为正向状态和反向状态，与此对应的参数就分别定义为正向参数和反向参数。

2.2 Ebers-Moll大信号模型：2.3 Gummel-Pool静态模型：2.4 Gummel-Pool大信号模型：拓扑结构与Ebers-Moll大信号模型相同，非线性存储元件电压控制电容的方程也相同2.5 BJT晶体管模型总参数表：三、金属氧化物半导体晶体管MOSFET模型：3.1 一级静态模型：Shichman-Hodges模型3.2 二级静态模型（大信号模型）：Meyer模型3.2.1 电荷存储效应：3.2.2 PN结电容：3.3 三级静态模型：3.2 MOSFET模型参数表：一级模型理论上复杂，有效参数少，用于精度不高场合，迅速粗略估计电路二级模型可使用复杂程度不同的模型，计算较多，常常不能收敛三级模型精度与二级模型相同，计算时间和重复次数少，某些参数计算比较复杂四级模型BSIM，适用于短沟道（<3um）的分析，Berkley在1987年提出四、结型场效应晶体管JFET模型：基于Shichman-Hodges模型4.1 N沟道JFET静态模型：4.2 JFET大信号模型：4.3 JFET模型参数表：五、GaAs MESFET模型：分两级模型（肖特基结作栅极）GaAs MESFET模型参数表：六、数字器件模型：6.1 标准门的模型语句：.MODEL <(model)name> UGATE [模型参数] 标准门的延迟参数：6.2 三态门的模型语句：.MODEL <(model)name> UTGATE [模型参数]三态门的延迟参数：6.3 边沿触发器的模型语句：.MODEL <(model)name> UEFF [模型参数]边沿触发器参数：JKFF nff preb,clrb,clkb,j*,k*,g*,gb* JK触发器，后沿触发DFF nff preb,clrb,clk,d*,g*,gb* D触发器，前沿触发边沿触发器时间参数：6.4 钟控触发器的模型语句：.MODEL <(model)name> UGFF [模型参数]钟控触发器参数：SRFF nff preb,clrb,gate,s*,r*,q*,qb* SR触发器，时钟高电平触发DLTCH nff preb,clrb,gate,d*,g*,gb* D触发器，时钟高电平触发钟控触发器时间参数：6.5 可编程逻辑阵列器件的语句：U <name> <pld type> (<#inputs>,<#outputs>) <input_node>* <output_node># +<(timing model)name> <(io_model)name> [FILE=<(file name) text value>] +[DATA=<radix flag>$ <program data>$][MNTYMXDLY=<(delay select)value>]+[IOLEVEL=<(interface model level)value>]其中：<pld type>列表<(file name) text value> JEDEC格式文件的名称，含有阵列特定的编程数据JEDEC文件指定时，DATA语句数据可忽略<radix flag> 是下列字母之一：B 二进制 O 八进制 X 十六进制<program data> 程序数据是一个数据序列，初始都为0PLD时间模型参数：七、数字I/O接口子电路：数字电路与模拟电路连接的界面节点，SPICE自动插入此子电路子电路名（AtoDn和DtoAn）在I/O模型中定义，实现逻辑状态与电压、阻抗之间的转换。

Simulation分析

solutionsSolidWorks Flow SimulationSolidWorks Flow Simulation 是一款强大的计算流体力学 (CFD) 工具。

在那些液流、热传递和流体力间的交互作用决定设计成败的设计中，您可以使用该工具快速轻松地模拟这三种因素。

使用范围广泛的物理模型和功能：• 分析零部件内部的流动或零部件外部的流动，或者综合分析内部流动和外部流动。

• 结合流体分析和热分析，同时包括自然对流和强制对流、传导和辐射。

• 让 SolidWorks Flow Simulation 确定最佳尺寸或满足力、压差或速度等目标的入口和出口条件。

• 包含孔隙、气穴和湿度等复杂效果。

• 解决涉及非牛顿流体（例如，血液和塑料）的流动问题。

• 使用旋转坐标系模拟叶轮的旋转并研究流体在叶轮中如何流动。

充分利用现实操作条件的无限组合：• 应用入口速度、压力、质量流速或体积流速和风扇。

如果涉及多种流体，还可以应用质量比或体积比。

• 通过应用平面热源或体积热源、指定自然对流或强制对流或加入太阳辐射，模拟温度变化。

• 使用散热器模拟程序研究散热器对电子元件的影响。

• 跟踪流体中悬浮颗粒的行为。

• 应用随时间和坐标变化的边界条件和热源。

使用强大而且直观的结果可视化工具，获取有价值的分析信息：• 使用剖面图解研究结果数值的分布情况，包括速度、压力、漩涡、温度和质量比。

• 使用点参数工具测量任何位置的结果。

• 按照任何 SolidWorks 草图绘制不同的结果。

• 列出结果并自动将数据导出到 Microsoft ® Excel 。

• 使用动态显示条纹、3D 箭头、管道或球面，以分析模型内部或周围的流动轨迹。

SolidWorks ® Flow Simulation 为您模拟 SolidWorks 设计内部和外部的液流和热状态提供了无可比拟的便利性。

模拟多物理场的电子设计，以进行液流分析和热分析。

Silvaco器件仿真资料

工艺描述
几何结构及掺杂
电学特性
器件模拟参数提取
(Device parameter extraction tools)
IC电路特性 IC电路仿真
(IC Circuit Simulation)
电路模拟用器件模型参数
3. 有什么用？一方面，充分认识半导体物理学，半导体器件物理学等这些抽象难懂的理论基础知识在半导体工业中的实际应用。加强理论教学的效果。仿真也可以部分取代了耗费成本的硅片实验，可以降低成本，缩短了开发周期和提高成品率。也就是说，仿真可以虚拟生产并指导实际生产。
（2）什么是半导体器件仿真？那么像电子IT行业里面的仿真软件按用途分是多种多样的。仅仅是集成电路这个行业来讲，就分电路仿真、器件仿真、工艺仿真等。再深入下去研究，研究固体物理学，半导体物理学也都有相关的仿真软件可以进行原子、分子级别的仿真。
包括工艺仿真和器件电学特性仿真两个部分。
研究单个元器件从生产工艺到性能特性的。
材料定义、结构定义指令
athena之外的另一种可以生成器件信息的工具。
与devedit类似，用atlas器件仿真器语言编写器件信息。
与devedit不同的是需要编程操作，没有图形操作界面。
结构材料定义：
• Mesh(网格)
• Region(区域) • Electrode(电极) • Doping(掺杂) • Material(材料)
一、概论：半导体仿真概述 Introduction of Semiconductor Simulation
1. 这门课是研究什么的？
（1）什么是仿真？仿真和另外一个词汇建模（modeling）是密不可分的。所谓建模就是用数学方式抽象地总结出客观事物发展的一般规律。仿真是在这个一般规律的基础上，对某事物在特定条件下的行动进行推演和预测。因此可以说建模是仿真的基础，仿真是随着建模的发展而发展的。建模和仿真的关系可以比作程序设计中算法和语言的关系。

工艺及器件仿真工具ISE-TCAD

2D工艺仿真工具DIOS 2D网格优化工具MDRAW

器件仿真工具

2D&3D器件仿真工具DESISS
3/102
2017/8/1
ISE-TCAD简介

工艺和器件仿真工具ISE-TCAD是瑞士ISE（Integrated Systems Engineering ）公司（2004年被Synopsys公司收购）开发的DFM（Design For Manufacturing）软件。
2017/8/1
8/102
本章内容

ISE-TCAD简介工具流程平台GENESISe 工艺仿真以及网格优化工具

2D工艺仿真工具DIOS 2D网格优化工具MDRAW

器件仿真工具

2D&3D器件仿真工具DESISS
9/102
2017/8/1
工具平台GENESISe简介

GENESISe是ISE-TCAD模拟工具的用户图形界面，为设计、组织和运行ISE-TCAD工具模拟项目提供一个良好的模拟环境。通过GENESISe可以将众多工具良好衔接起来，然后自动执行参数化的模拟项目，从而免除了用户进行命令行输入等繁琐步骤。运行启动：用自己的帐号登录到10.13.83.131\134\136 \137 运行命令： source /opt/demo/tcad.env 运行命令： GENESISe &

注：不使用工艺仿真，直接利用MDRAW等工具创建器件结构（掺杂和网格）也是可以的。
2017/8/1 7/102
典型工艺与器件仿真流程图
**_dio.cmd **_dio.out **_mdr.cmd

第6章--Simulation有限元分析【可编辑全文】

可编辑修改精选全文完整版目录第六章 Simulation有限元分析 (2)6.1 Simulation基础知识 (2)6.1.1 有限元法概述 (2)6.1.2 Simulation概述 (2)6.1.3 Simulation使用指导 (4)6.1.4 Simulation有限元分析的一般步骤 (8)6.2 SimulationXPress应力分析 (10)6.3 Simulation结构有限元分析 (16)6.3.1 轴静态分析 (16)6.3.2 夹钳装配体静态分析 (36)6.4 Simulation优化分析 (50)6.4.1 优化设计概述 (50)6.4.2 优化设计基础知识 (51)6.4.3 轴的优化分析 (51)6.5 小结 (59)第六章 Simulation有限元分析在制造业中，为了缩短产品设计周期，提高产品质量，广泛采用计算机辅助工程（Computer Aided Engineering,CAE），机械设计已逐渐实现了由静态、线性分析向动态、非线性分析的过渡，由经验类比向最优设计的过渡。

CAE在产品开发研制中显示出了无与伦比的优越性，使其成为现代企业在日趋激烈的竞争中取胜的一个重要条件，因而越来越受到科技界和工程界的重视。

在CAE技术中，有限元分析（Finite Element Analysis，FEA）是应用最为广泛、最为成功的一种数值分析方法。

SolidWorks Simulation即是一款基于有限元（即FEA数值）技术的分析软件，通过与SolidWorks的无缝集成，在工程实践中发挥了愈来愈大的作用。

6.1 Simulation基础知识6.1.1 有限元法概述有限元法（Finite Element Method，FEM）是随着计算机的发展而迅速发展起来的一种现代计算方法，是一种求解关于场问题的一系列偏微分方程的数值方法。

有限元分析的基本概念是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。

新一代工艺及器件仿真工具Sentaurus优秀PPT

Sentaurus Process Simulator
TCAD概述
21/110
TCAD
T4 / Medici Sentaurus ISE Silvaco
sprocess *_bnd.tdr *_fps.tdr sde
*_msh.tdr sdevice
*.plt *.tdr
*_fps.cmd *_dvs.cmd *_des.cmd
Workbench (SWB) 2020/4/28
TCAD概述
6/110
TCAD
T4 / Medici Sentaurus ISE Silvaco
sprocess *_bnd.tdr *_fps.tdr sde
*_msh.tdr sdevice
*.plt *.tdr
*_fps.cmd *_dvs.cmd *_des.cmd
Workbench (SWB) 2020/4/28
1
新一代工艺及器件仿真工具 Sentaurus
发之于心察之于微究之以底亲而为之
2
课程内容
2/110
Sentaurus TCAD介绍与概述 Sentaurus Workbench介绍与使用 Sentaurus Process Simulator介绍与使用 Sentaurus Structure Editor介绍与使用 Sentaurus Device Simulator介绍与使用 Sentaurus其他工具介绍
Building Multiple Experiments
18/110
2020/4/28
Building Multiple Experiments
19/110
2020/4/28
Building Multiple Experiments

器件仿真工具(DESSIS)的模型分析

E E
0 g
Fermi g
0 δ Eg,0和△Eg 随所选用的禁带变窄效应
模型的不同而不同。DESSIS中共有四种：

Bennett模型
Slotboom模型
OldSlotboom模型
delAlamo模型
四种能带变窄模型的函数对比图
四种模型在1×1015cm-3~1×1021cm-3浓度范围内的最大差距约为0.1 eV，相应的本征载流子浓度最大差距约为10.5%。一般情况下选择OldSlotboom模型。
dop
下图描绘了电子和空穴迁移率在300 K温度时随浓度的退化曲线，可以看出三种模型下迁移率随浓度的退化只有在1×1019cm-3以上的掺杂浓度时偏差较大，因此只有在计算源漏掺杂区域（20次方量级）的电阻
值的时候，不同模型下的计算结果才会有较大差异，
而计算阱电阻（17次方量级）的时候差异较小。

高场饱和引起的迁移率退化（主要与电场强度有关） ;
表面声子及表面粗糙度引起的迁移率退化（主要与表
面横向电场有关系）;
DESSIS中以上各种迁移率退化模型可以任意组合，而最终的迁移率值按照下式计算得到。
1 1 1 1
low
1
2
m 1
m（6.26）
1
f (low , F )

传输方程模型、能带模型（还包括玻耳兹曼统计模型或费米统计模型的选择）迁移率模型、载流子产生-复合模型。
本章内容

传输方程模型
能带模型

迁移率模型
雪崩离化模型复合模型
本章内容

★Spectres仿真手册

Spectre的使用说明前面已经介绍了电路图的设计和画法，现在我们介绍仿真，cadance 仿真工具很多，如Hspice, Spectres等等，我们这里介绍Spectre，同时以共源放大器为例，介绍DC,AC,Tran电路图如下：第一节：仿真准备开始仿真时，点击Tools,在下拉菜单中点击Analogy Environment ,见下图出现如下窗口1．1 先介绍各条命令及其下拉的子命令的作用：一：Session:菜单包括Schematic Window、Save State、Load State、Options、Reset、Quit 等菜单项。

Schematic window项回到电路图（此时仿真窗口仍存在，只是当前的活动窗口为电路图）；Save State项打开相应的窗口，保存当前所设定的模拟所用到的各种。

参数。

如图所示。

窗口中的两项分别为状态名（Save As）和选择需保存的内容(What to Save)。

Load State打开相应的窗口，加载已经保存的状态。

Reset 重置analog artist。

相当于重新打开一个模拟窗口,Quit退出仿真。

二：Setup 菜单包括Design、Simulator/directory/host、Temperature、Model libraries,Stimulition,Simulation Files,Environment等菜单项：1: Design项选择所要模拟的线路图。

2: Simulator/directory/host 项选择模拟使用的模型，点击此项，出现如下图窗点击Simulator项，出现下拉菜单如下图系统提供的选项有cdsSpice、hspiceS、spectreS等等。

我们一般用到的是cdsSpice和spectre，spectreS。

其中采用spectre，spectreS进行的模拟更加精确。

我们使用的上华提供的库，应使用spectre库，下面我们只以这种工具为例说明。

第6章 器件仿真工具(DESSIS)的模型分析

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