silvaco mosfet工艺流程仿真
Silvaco工艺及器件仿真2
4.1.7栅氧厚度的最优化下面介绍如何使用DECKBUILD中的最优化函数来对栅极氧化厚度进行最优化。
假定所测量的栅氧厚度为100Å，栅极氧化过程中的扩散温度和偏压均需要进行调整。
为了对参数进行最优化，DECKBUILD最优化函数应按如下方法使用：a.依次点击Main control和Optimizer…选项；调用出如图4.15所示的最优化工具。
第一个最优化视窗显示了Setup模式下控制参数的表格。
我们只改变最大误差参数以便能精确地调整栅极氧化厚度为100Å；b.将Maximum Error在criteria一栏中的值从5改为1；c.接下来，我们通过Mode键将Setup模式改为Parameter模式,并定义需要优化参数（图4.16）。
图4.15 DECKBUILD最优化的Setup模式图4.16 Parameter模式需要优化的参数是栅极氧化过程中的温度和偏压。
为了在最优化工具中对其进行最优化，如图4.17所示，在DECKBUILD窗口中选中栅极氧化这一步骤；图4.17 选择栅极氧化步骤d.然后，在Optimizer中，依次点击Edit和Add菜单项。
一个名为Deckbuild：Parameter Define的窗口将会弹出，如图4.18所示，列出了所有可能作为参数的项；图4.18 定义需要优化的参数e.选中temp=<variable>和press=<variable>这两项。
然后，点击Apply。
添加的最优化参数将如图4.19所示一样列出；图4.19 增加的最优化参数f.接下来，通过Mode键将Parameter模式改为Targets模式,并定义优化目标；g.Optimizer利用DECKBUILD中Extract语句的值来定义优化目标。
因此，返回DECKBUILD的文本窗口并选中Extract栅极氧化厚度语句，如图4.20所示；图4.20 选中优化目标h.然后，在Optimizer中，依次点击Edit和Add项。
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。
半导体专业实验补充silvaco器件仿真
实验2 PN结二极管特性仿真1、实验内容（1）PN结穿通二极管正向I—V特性、反向击穿特性、反向恢复特性等仿真。
（2)结构和参数：PN结穿通二极管的结构如图1所示，两端高掺杂，n-为耐压层，低掺杂，具体参数：器件宽度4μm，器件长度20μm，耐压层厚度16μm，p+区厚度2μm,n+区厚度2μm.掺杂浓度：p+区浓度为1×1019cm-3，n+区浓度为1×1019cm-3，耐压层参考浓度为5×1015 cm—3.图1 普通耐压层功率二极管结构2、实验要求（1）掌握器件工艺仿真和电气性能仿真程序的设计（2)掌握普通耐压层击穿电压与耐压层厚度、浓度的关系。
3、实验过程#启动Athenago athena#器件结构网格划分;line x loc=0.0 spac= 0。
4line x loc=4.0 spac= 0.4line y loc=0.0 spac=0。
5line y loc=2.0 spac=0。
1line y loc=10 spac=0.5line y loc=18 spac=0。
1line y loc=20 spac=0。
5#初始化Si衬底;init silicon c。
phos=5e15 orientation=100 two。
d#沉积铝；deposit alum thick=1.1 div=10＃电极设置electrode name=anode x=1electrode name=cathode backside＃输出结构图structure outf=cb0.strtonyplot cb0。
str#启动Atlasgo atlas#结构描述doping p.type conc=1e20 x。
min=0。
0 x.max=4.0 y.min=0 y。
max=2.0 uniformdoping n.type conc=1e20 x。
min=0。
0 x。
max=4.0 y.min=18 y。
实验四：MOSFET工艺器件仿真(7-8次实验)
# (c) Silvaco Inc., 2013go athena#line x loc=0.0 spac=0.1line x loc=0.2 spac=0.006line x loc=0.4 spac=0.006line x loc=0.6 spac=0.01#line y loc=0.0 spac=0.002line y loc=0.2 spac=0.005line y loc=0.5 spac=0.05line y loc=0.8 spac=0.15#init orientation=100 c.phos=1e14 space.mul=2 two.d#开始进行单步仿真#pwell formation including masking off of the nwell#diffus time=30 temp=1000 dryo2 press=1.00 hcl=3#etch oxide thick=0.02##P-well Implant#implant boron dose=8e12 energy=100 pears#开始提取杂质分布diffus temp=950 time=100 weto2 hcl=3##N-well implant not shown -## welldrive starts herediffus time=50 temp=1000 t.rate=4.000 dryo2 press=0.10 hcl=3 #diffus time=220 temp=1200 nitro press=1#diffus time=90 temp=1200 t.rate=-4.444 nitro press=1#etch oxide all##sacrificial "cleaning" oxidediffus time=20 temp=1000 dryo2 press=1 hcl=3etch oxide all##gate oxide grown here:-diffus time=11 temp=925 dryo2 press=1.00 hcl=3## Extract a design parameterextract name="gateox" thickness oxide mat.occno=1 x.val=0.05##vt adjust implantimplant boron dose=9.5e11 energy=10 pearson#depo poly thick=0.2 divi=10##from now on the situation is 2-D#etch poly left p1.x=0.35#method fermi compressdiffuse time=3 temp=900 weto2 press=1.0#implant phosphor dose=3.0e13 energy=20 pearson#depo oxide thick=0.120 divisions=8#etch oxide dry thick=0.120#implant arsenic dose=5.0e15 energy=50 pearson#method fermi compressdiffuse time=1 temp=900 nitro press=1.0## pattern s/d contact metaletch oxide left p1.x=0.2deposit alumin thick=0.03 divi=2etch alumin right p1.x=0.18# Extract design parameters# extract final S/D Xjextract name="nxj" xj silicon mat.occno=1 x.val=0.1 junc.occno=1# extract the N++ regions sheet resistanceextract name="n++ sheet rho" sheet.res material="Silicon" mat.occno=1 x.val=0.05 region.occno=1# extract the sheet rho under the spacer, of the LDD regionextract name="ldd sheet rho" sheet.res material="Silicon" \mat.occno=1 x.val=0.3 region.occno=1# extract the surface conc under the channel.extract name="chan surf conc" surf.conc impurity="Net Doping" \material="Silicon" mat.occno=1 x.val=0.45# extract a curve of conductance versus bias.extract start material="Polysilicon" mat.occno=1 \bias=0.0 bias.step=0.2 bias.stop=2 x.val=0.45extract done name="sheet cond v bias" \curve(bias,1dn.conduct material="Silicon" mat.occno=1 region.occno=1)\outfile="extract.dat"# extract the long chan Vtextract name="n1dvt" 1dvt ntype vb=0.0 qss=1e10 x.val=0.49structure mirror rightelectrode name=gate x=0.5 y=0.1electrode name=source x=0.1electrode name=drain x=1.1electrode name=substrate backsidestructure outfile=mos1ex01_0.str# plot the structuretonyplot mos1ex01_0.str -set mos1ex01_0.set############# Vt Test : Returns Vt, Beta and Theta ################go atlas# set material modelsmodels cvt srh printcontact name=gate n.polyinterface qf=3e10method newtonsolve init# Bias the drainsolve vdrain=0.1# Ramp the gatelog outf=mos1ex01_1.log mastersolve vgate=0 vstep=0.25 vfinal=3.0 name=gatesave outf=mos1ex01_1.str# plot resultstonyplot mos1ex01_1.log -set mos1ex01_1_log.set# extract device parametersextract name="nvt" (xintercept(maxslope(curve(abs(v."gate"),abs(i."drain")))) \ - abs(ave(v."drain"))/2.0)extract name="nbeta" slope(maxslope(curve(abs(v."gate"),abs(i."drain")))) \ * (1.0/abs(ave(v."drain")))extract name="ntheta" ((max(abs(v."drain")) * $"nbeta")/max(abs(i."drain"))) \ - (1.0 / (max(abs(v."gate")) - ($"nvt")))quit1、画出结构图，进行单步仿真，代码翻译（第7次实验）2、对比实验（第8次实验）注意：对比仿真时只能改变一个参数，其它参数要恢复到参考代码原始值。
半导体工艺学silvaco仿真实验报告
半导体工艺学 silvaco 仿真实验报告
电子 1102 11214049
浦探超
2013
目录
一、 氧化...................................................................................................................................2 25.1.1 硅的局部氧化工艺中鸟嘴效应的仿真.....................................................................2 25.1.2 混合环境的氧化..........................................................................................................3 25.1.5 LOCOS 工艺中多晶硅缓冲..........................................................................................4 25.1.9 沟槽侧墙向氧化的方向性.........................................................................................5 25.1.10 沟槽氧化过程中的无效区的形成............................................................................6
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。
MOS晶体管器件与工艺模拟
MOS晶体管器件与工艺模拟一．实验目的1.熟练氧化、离子注入与扩散工艺，使用Silvaco软件进行模拟2.掌握CMOS工艺流程。
3.学会用Silvaco软件提取MOS晶体管的各种参数4.掌握MOS晶体管器件模拟二．实验要求1.用Anthena构建一个NMOS管，要求沟道长度不小于0.8微米，阈值电压在-0.5v 至1V之间。
2.工艺模拟过程要求提取S/D结结深、阈值电压、沟道表面掺杂浓度、S/D区薄层电阻等参数。
进行器件模拟，要求得到NMOS输出特性曲线族以及特定漏极电压下的转移特性曲线，并从中提取MOS管的阈值电压和 值。
3.分析各关键工艺步骤对器件性能的影响。
三．试验程序go athena#line x loc=0.0 spac=0.1line x loc=0.2 spac=0.006line x loc=0.4 spac=0.006line x loc=0.8 spac=0.01#line y loc=0.0 spac=0.002line y loc=0.2 spac=0.005line y loc=0.5 spac=0.05line y loc=0.8 spac=0.15#init orientation=100 c.phos=1e14 space.mul=2#pwell formation including masking off of the nwell#diffus time=30 temp=1000 dryo2 press=1.00 hcl=3#etch oxide thick=0.02##P-well Implant#implant boron dose=8e12 energy=100 pears#diffus temp=950 time=100 weto2 hcl=3##N-well implant not shown -## welldrive starts herediffus time=50 temp=1000 t.rate=4.000 dryo2 press=0.10 hcl=3 #diffus time=220 temp=1200 nitro press=1#diffus time=90 temp=1200 t.rate=-4.444 nitro press=1#etch oxide all##sacrificial "cleaning" oxidediffus time=20 temp=1000 dryo2 press=1 hcl=3#etch oxide all##gate oxide grown here:-diffus time=11 temp=925 dryo2 press=1.00 hcl=3## Extract a design parameterextract name="gateox" thickness oxide mat.occno=1 x.val=0.05 ##vt adjust implantimplant boron dose=9.5e11 energy=10 pearson#depo poly thick=0.2 divi=10##from now on the situation is 2-Detch poly left p1.x=0.35#method fermi compressdiffuse time=3 temp=900 weto2 press=1.0#implant phosphor dose=3.0e13 energy=20 pearson#depo oxide thick=0.120 divisions=8#etch oxide dry thick=0.120#implant arsenic dose=5.0e15 energy=50 pearson#method fermi compressdiffuse time=1 temp=900 nitro press=1.0## pattern s/d contact metaletch oxide left p1.x=0.2deposit alumin thick=0.03 divi=2etch alumin right p1.x=0.18# Extract design parameters# extract final S/D Xjextract name="nxj" xj silicon mat.occno=1 x.val=0.1 junc.occno=1# extract the N++ regions sheet resistanceextract name="n++ sheet rho" sheet.res material="Silicon" mat.occno=1 x.val=0.05 region.occno=1# extract the sheet rho under the spacer, of the LDD regionextract name="ldd sheet rho" sheet.res material="Silicon" \ mat.occno=1 x.val=0.3 region.occno=1# extract the surface conc under the channel.extract name="chan surf conc" surf.conc impurity="Net Doping" \ material="Silicon" mat.occno=1 x.val=0.45# extract a curve of conductance versus bias.extract start material="Polysilicon" mat.occno=1 \bias=0.0 bias.step=0.2 bias.stop=2 x.val=0.45extract done name="sheet cond v bias" \curve(bias,1dn.conduct material="Silicon" mat.occno=1 region.occno=1)\outfile="extract.dat"# extract the long chan Vtextract name="n1dvt" 1dvt ntype vb=0.0 qss=1e10 x.val=0.49structure mirror rightelectrode name=gate x=0.8 y=0.1electrode name=source x=0.1electrode name=drain x=1.6electrode name=substrate backsidestructure outfile=mos1ex01_0.str# plot the structuretonyplot mos1ex01_0.str############# Vt Test : Returns Vt, Beta and Theta ################ go atlas# set material modelsmodels cvt srh printcontact name=gate n.polyinterface qf=3e10method gummel newtonsolve init# Bias the drainsolve vdrain=0.1# Ramp the gatelog outf=mos1ex01_1.log mastersolve vgate=0 vstep=0.25 vfinal=3.0 name=gatesave outf=mos1ex01_1.str# plot resultstonyplot mos1ex01_1.log# extract device parametersextractname="nvt"(xintercept(maxslope(curve(abs(v."gate"),abs(i."drain ")))) \- abs(ave(v."drain"))/2.0)extractname="nbeta"slope(maxslope(curve(abs(v."gate"),abs(i."drain")))) \* (1.0/abs(ave(v."drain")))go atlas# define the Gate workfunctioncontact name=gate n.poly# Define the Gate Qssinterface qf=3e10# Use the cvt mobility model for MOSmodels cvt srh print numcarr=2# set gate biases with Vds=0.0solve initsolve vgate=3 outf=solve_tmp1solve vgate=4 outf=solve_tmp2solve vgate=5 outf=solve_tmp3#load in temporary files and ramp Vdsload infile=solve_tmp1log outf=mos1ex01_2.logsolve name=drain vdrain=0 vfinal=3.3 vstep=0.3load infile=solve_tmp2log outf=mos1ex01_3.logsolve name=drain vdrain=0 vfinal=3.3 vstep=0.3load infile=solve_tmp3log outf=mos1ex01_4.logsolve name=drain vdrain=0 vfinal=3.3 vstep=0.3# plot resultstonyplot -overlay -st mos1ex01_2.log mos1ex01_3.log mos1ex01_4.log quit四．实验结果=0.00015369v阈值电压：vt=0.52419vS/D结结深：nxj=0.175357 um沟道表面掺杂浓度：chan surf conc=3.9595e+016 cm3 S/D区薄层电阻：ldd sheet rho=2146.56 ohm/square NMOS输出特性曲线族漏极电压下的转移特性曲线。
实验报告4(MOSFET工艺器件仿真)
学生实验报告院别课程名称器件仿真与工艺综合设计实验班级实验三MOSFET工艺器件仿真姓名实验时间学号指导教师成绩批改时间报告内容一、实验目的和任务1.理解半导体器件仿真的原理，掌握Silvaco TCAD 工具器件结构描述流程及特性仿真流程；2.理解器件结构参数和工艺参数变化对主要电学特性的影响。
二、实验原理1. MOSEET基本工作原理（以增强型NMOSFET为例）：以N沟道MOSEET为例，如图1所示，是MOSFET基木结构图。
在P型半导体衬底上制作两个N+区，其中一个作为源区，另一个作为漏区。
源、漏区之间存在着沟道区，该横向距离就是沟道长度。
在沟道区的表面上作为介质的绝缘栅是由热氧化匸艺生长的二氧化硅层。
在源区、漏区和绝缘栅上的电极是由一层铝淀积，用于引出电极,引出的三个电极分别为源极S、漏极D和栅极G。
并且从MOSEET衬底上引出一个电极B极。
加在四个电极上的电压分别为源极电压Vs、漏极电压V D、栅极电压V G和衬底偏压V B。
图1 MOSFET结构示意图MOSFET在工作时的状态如图2所示。
Vs V D和V B的极性和大小应确保源区与衬底之间的PN结及漏区与衬底之间的PN结处与反偏位置。
可以把源极与衬底连接在一起，并且接地,即Vs=0,电位参考点为源极，则V G、V D可以分别写为（栅源电压）V GS、（漏源电压）V DS。
从MOSFET的漏极流入的电流称为漏极电流ID。
（1）在N沟道MOSFET中，当栅极电压为零时，N+源区和N+漏区被两个背靠背的二极管所隔离。
这时如果在漏极与源极之间加上电压V DS,只会产生PN 结反向电流且电流极其微弱，其余电流均为零。
（2）当栅极电压V GS不为零时，栅极下面会产生一个指向半导体体内的电场。
（3）当V GS增大到等于阈值电压V T的值时，在半导体内的电场作用下，栅极下的P型半导体表面开始发生强反型，因此形成连通N+源区和N+漏区的N型沟道，如图2所示。
Silvaco工艺及器件仿真4
4.1.16源/漏极注入和退火要形成NMOS 器件的重掺杂源/漏极，就需要进行砷注入。
砷的浓度为153510cm -⨯，注入能量为50KeV 。
为了演示这一注入过程，我们将再一次使用ATHENA Implant 菜单。
在调用出注入菜单以后，具体步骤如下：a. 在Impurity 栏中将注入杂质从Phosphorus 改为Arsenic ；分别在Dose 和Exp ：中输入值5和15；在Energy 、Tilt 和Rotation 中分别输入值50、7、30；将Material Type 选为Crystalline ；在Comment 栏中输入Source/Drain Implant ；点击WRITE 键，注入语句将会出现在如下所示的文本窗口中：#Source/Drain Implantimplant arsenic dose=5e15 energy=15 crytal紧接着源/漏极注入的是一个短暂的退火过程，条件是1个大气压，900C ，1分钟，氮气环境。
该退火过程可通过Diffuse 菜单实现，步骤如下：b. 在Diffuse 菜单中，将Time 和Tempreture 的值分别设为1和900；在Ambient 栏中，点击Nitrogen ；激活Gas pressure ，并将其值设为1；在Display 栏中点击Models ，然后可用的模式将会列出来；选中Diffusion 模式并选择Fermi 项。
不要选择Oxidation 模式；在Comment 栏中添加注释Source/Drain Annealing 并点击WRITE 键；下面这些扩散语句将会出现在文本窗口中：#Source/Drain Annealingmethod Fermidiffus time=1 temp=900 nitro press=1.00c. 点击DECKBUILD 控制栏上的Cont 键以继续进行ATHENA 仿真，并将结构的杂质分布图表示出来，如图4.39；图4.39 源/漏极的注入和退火过程接下来，我们将会看到退火过程前后Net Doping （净掺杂）的一些变化。
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。
实验报告4(MOSFET工艺器件仿真)
学生实验报告报告内容实验目的和任务1.理解半导体器件仿真的原理，掌握Silvaco TCAD 工具器件结构描述流程及特性仿真流程；2.理解器件结构参数和工艺参数变化对主要电学特性的影响。
二、实验原理1. MOSEET 基本工作原理（以增强型NMOSFET 为例）：以N 沟道MOSEET 为例，如图1所示，是MOSFET 基木结构图。
在P 型半导体衬底上制作两个N+区，其中一个作为源区，另一个作为漏区。
源、漏区之间存在着沟道区，该横向距离就是沟道长度。
在沟道区的表面上作为介质的绝缘栅是由热氧化匸艺生长的二氧化硅层。
在源区、漏区和绝缘栅上的电极是由一层铝淀积，用于引出电极,引出的三个电极分别为源极S、漏极 D 和栅极G。
并且从MOSEET 衬底上引出一个电极B 极。
加在四个电极上的电压分别为源极电压Vs 、漏极电压V D 、栅极电压V G 和衬底偏压V B图 1 MOSFET 结构示意图MOSFET 在工作时的状态如图 2 所示。
Vs V D 和V B的极性和大小应确保源区与衬底之间的PN 结及漏区与衬底之间的PN 结处与反偏位置。
可以把源极与衬底连接在一起，并且接地,即Vs=0, 电位参考点为源极，则V G、V D 可以分别写为（栅源电压）V GS、（漏源电压）V DS。
从MOSFET 的漏极流入的电流称为漏极电流ID （1 ）在N 沟道MOSFET 中，当栅极电压为零时，N+ 源区和N+ 漏区被两个背靠背的二极管所隔离。
这时如果在漏极与源极之间加上电压V DS,只会产生PN 结反向电流且电流极其微弱，其余电流均为零。
（2）当栅极电压V GS 不为零时，栅极下面会产生一个指向半导体体内的电场。
（3）当V GS增大到等于阈值电压V T的值时，在半导体内的电场作用下，栅极下的P 型半导体表面开始发生强反型，因此形成连通N+ 源区和N+ 漏区的N 型沟道，如图 2 所示。
（4）由于大量的可动电子存在于沟道内，当在漏、源极之间加上漏源电压V GS 后，会产牛漏极电流I D。
Silvaco工艺及器件仿真
§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。
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。
如图所示，点击File目录下的Empty Document，清空DECKBUILD文本窗口；图清空文本窗口b. 在如图所示的文本窗口中键入语句go Athena ；图以“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，如图所示。
下面将以在μm×μm的方形区域内创建非均匀网格为例介绍网格定义的方法。
图调用ATHENA网格定义菜单2 在μm×μm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；b. 在Comment（注释）栏，键入“Non-Uniform Grid x ”,如图所示；c. 点击insert键，参数将会出现在滚动条菜单中；图定义网格参数图点击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和，间距均为。
Silvaco工艺及器件仿真3
4.1.10多晶硅栅的淀积淀积可以用来产生多层结构。
共形淀积是最简单的淀积方式，并且在各种淀积层形状要求不是非常严格的情况下使用。
NMOS工艺中，多晶硅层的厚度约为2000 Å，因此可以使用共形多晶硅淀积来完成。
为了完成共形淀积，从ATHENA Commands菜单中依次选择Process、Deposit和Deposit…菜单项。
ATHENA Deposit菜单如图4.30所示；a.在Deposit菜单中，淀积类型默认为Conformal；在Material菜单中选择Polysilicon，并将它的厚度值设为0.2；在Grid specification参数中，点击Total number of layers并将其值设为10。
（在一个淀积层中设定几个网格层通常是非常有用的。
在这里，我们需要10个网格层用来仿真杂质在多晶硅层中的传输。
）在Comment一栏中添加注释Conformal Polysilicon Deposition，并点击WRITE键；b.下面这几行将会出现在文本窗口中：#Conformal Polysilicon Deposition图4.30 ATHENA 淀积菜单deposit polysilicon thick=0.2 divisions=10c.点击DECKBUILD控制栏上的Cont键继续进行A THENA仿真；d.还是通过DECKBUILD Tools菜单的Plot和Plot structure…来绘制当前结构图。
创建后的三层结构如图4.31所示。
图4.31 多晶硅层的共形淀积4.1.11简单的几何图形刻蚀接下来就是多晶硅的栅极定义。
这里我们将多晶硅栅极的左边边缘定为x=0.35μm，中心定为x=0.6μm。
因此，多晶硅应从左边x=0.35μm开始进行刻蚀，如图4.32所示。
图4.32 ATHENA Etch菜单a.在DECKBUILD Commands菜单中依次选择Process、Etch和Etch…。
半导体专业实验补充silvaco器件仿真
半导体专业实验补充sｉlvａc ｏ器件仿真————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期:实验2 PN结二极管特性仿真1、实验内容（1)ＰN结穿通二极管正向I-Ｖ特性、反向击穿特性、反向恢复特性等仿真。
（2）结构和参数：ＰN结穿通二极管的结构如图1所示，两端高掺杂,ｎ-为耐压层，低掺杂，具体参数：器件宽度4μm，器件长度20μm，耐压层厚度1６μｍ，p+区厚度2μm，n+区厚度２μｍ。
掺杂浓度:p+区浓度为１×１０１9cｍ-3，n+区浓度为１×１０1９cm-3,耐压层参考浓度为５×１01５cm-3。
0 Wp n n图1普通耐压层功率二极管结构２、实验要求（1)掌握器件工艺仿真和电气性能仿真程序的设计（2）掌握普通耐压层击穿电压与耐压层厚度、浓度的关系。
3、实验过程#启动Aｔhenａgo athenａ＃器件结构网格划分;liｎe x loc=０.0 spac＝0.４line x loc=４．0 spac= 0.4ｌiｎｅｙloc=0.0ｓpａc＝0.5ｌine y loc=2．0 spaｃ=0.1line y loc=1０spac=0.５ｌｉne y ｌoc＝18ｓpaｃ＝0.1line y loc＝20 ｓpaｃ=0.5＃初始化Si衬底;iｎｉｔsilicｏn c.phｏs=5e15 orientａｔｉon=100 two.d#沉积铝;deposit alｕm tｈick=１．1div＝10#电极设置elecｔｒｏde nａme＝ａｎode x=1eｌectrｏdｅnａme=ｃaｔhoｄe bacｋsiｄe#输出结构图structurｅoutｆ=ｃb0.strtonyplotｃｂ0.stｒ＃启动Ａtlasgo aｔlaｓ#结构描述dｏping p．ｔypｅconc=1ｅ２0 ｘ.miｎ=0.0 x.mａｘ＝4.0 y．min=０y.max＝２．0 ｕｎiｆormdopinｇｎ.tyｐe cｏnc=1e20x．min=0．0 x.ｍaｘ=4.０ｙ.min=1８y.maｘ=20.0 ｕniforｍ#选择模型和参数models cｖt srh printｍethｏd carｒｉｅrs=2ｉmpａct selb＃选择求解数值方法methoｄnewton#求解solve initｌog ｏutｆ=cb02.logsｏｌve vanoｄｅ=0.03sｏｌｖe vanodｅ=0.1vsteｐ=0．1 vfｉnal=5 ｎame=aｎode#画出IＶ特性曲线ｔｏnyplot cb02.ｌoｇ#退出ｑuit图2为普通耐压层功率二极管的仿真结构。
Silvaco TCAD基CMOS器件仿真毕业设计
Silvaco TCAD基CMOS器件仿真毕业设计目录1 引言 (1)1.1 MOSFET的发展 (1)1.2 TCAD的发展 (3)2 MOSFET的基本构造及工作原理 (4)2.1 MOSFET的基本原理及构造 (4)2.2 MOSFET的基本工作原理 (5)2.3 MOSFET的~I V特性 (9)3 TCAD工具的构成、仿真原理、仿真流程及仿真结果 (11)3.1 TCAD工具的结构与仿真原理 (11)3.2 用TCAD工具仿真NMOS的步骤 (11)3.3 TCAD工具的仿真结果 (15)4 结论 (16)谢辞 (17)参考文献 (19)附录 (21)正文：1 引言在当今时代，集成电路发展十分迅猛，其工艺的发杂度不断提高，开发新工艺面临着巨大的挑战。
传统的开发新工艺的方法是工艺试验，而现在随着工艺开发的工序细化，流片周期变长，传统的方法已经不能适应现在的需要，这就需要寻找新的方法来解决这个问题。
幸运的是随着计算机性能和计算机技术的发展，人们结合所学半导体理论与数值模拟技术，以计算机为平台进行工艺与器件性能的仿真。
现如今仿真技术在工艺开发中已经取代了工艺试验的地位。
采用TCAD 仿真方式来完成新工艺新技术的开发，突破了标准工艺的限制，能够模拟寻找最合适的工艺来完成自己产品的设计。
此外，TCAD仿真能够对器件各种性能之间存在的矛盾进行同时优化，能够在最短的时间以最小的代价设计出性能符合要求的半导体器件。
进行新工艺的开发，需要设计很多方面的容，如：进行器件性能与结构的优化、对器件进行模型化、设计进行的工艺流程、提取器件模型的参数、制定设计规则等等。
为了设计出质量高且价格低廉的工艺模块，要有一个整体的设计目标，以它为出发点将工艺开发过程的各个阶段进行联系，本着简单易造的准则，系统地进行设计的优化。
TCAD支持器件设计、器件模型化和工艺设计优化，使得设计思想可以实现全面的验证。
TCAD设计开发模拟是在虚拟环境下进行的，缩短了开发周期，降低了开发成本，是一条高效低成本的进行新工艺研究开发的途径。
实验报告4(MOSFET工艺器件仿真)
学生实验报告院别课程名称器件仿真与工艺综合设计实验班级实验三MOSFET工艺器件仿真姓名实验时间学号指导教师成绩批改时间报告内容一、实验目的和任务1.理解半导体器件仿真的原理，掌握Silvaco TCAD 工具器件结构描述流程及特性仿真流程；2.理解器件结构参数和工艺参数变化对主要电学特性的影响。
二、实验原理1. MOSEET基本工作原理（以增强型NMOSFET为例）：以N沟道MOSEET为例，如图1所示，是MOSFET基木结构图。
在P型半导体衬底上制作两个N+区，其中一个作为源区，另一个作为漏区。
源、漏区之间存在着沟道区，该横向距离就是沟道长度。
在沟道区的表面上作为介质的绝缘栅是由热氧化匸艺生长的二氧化硅层。
在源区、漏区和绝缘栅上的电极是由一层铝淀积，用于引出电极,引出的三个电极分别为源极S、漏极D和栅极G。
并且从MOSEET衬底上引出一个电极B极。
加在四个电极上的电压分别为源极电压Vs、漏极电压V D、栅极电压V G和衬底偏压V B。
图1 MOSFET结构示意图MOSFET在工作时的状态如图2所示。
Vs V D和V B的极性和大小应确保源区与衬底之间的PN结及漏区与衬底之间的PN结处与反偏位置。
可以把源极与衬底连接在一起，并且接地,即Vs=0,电位参考点为源极，则V G、V D可以分别写为（栅源电压）V GS、（漏源电压）V DS。
从MOSFET的漏极流入的电流称为漏极电流ID。
（1）在N沟道MOSFET中，当栅极电压为零时，N+源区和N+漏区被两个背靠背的二极管所隔离。
这时如果在漏极与源极之间加上电压V DS,只会产生PN 结反向电流且电流极其微弱，其余电流均为零。
（2）当栅极电压V GS不为零时，栅极下面会产生一个指向半导体体内的电场。
（3）当V GS增大到等于阈值电压V T的值时，在半导体内的电场作用下，栅极下的P型半导体表面开始发生强反型，因此形成连通N+源区和N+漏区的N型沟道，如图2所示。
Silvaco器件仿真
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
在终端下使用如下命令： deckbuild-an&
注： -an表示当启动deckbuild 时，使用athena作为默认仿真器
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（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。
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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
点击Load example 与这个例子相关的输入文件会载入到 deckbuild的文本窗口中
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
MIN20I2M1/6O/20S等。
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