第三讲 Silvaco TCAD 器件仿真01

规则3: 参数有4种类型
Parameter Character Description Any character string Value Required Yes Example material=silicon
Integer Logical
Real
Any whole number A true or false condition
devedit ：athena之外的另一种可以生成器件信息的工具。
功能: （1）勾画器件。 （2）生成网格。(修改网格) 既可以对用devedit画好的器件生成网格，或对athena工艺仿真生成含有网格信息的 器件进行网格修改。 为什么要重新定义网格？ 工艺仿真中所生成的网格是用来形成精确度掺杂浓度分布、结的深度等以适合 于工艺级别的网格，这些网格某些程度上不是计算器件参数所必需的。例如在计算 如阈值电压、源/漏电阻，沟渠的电场效应、或者载流子迁移率等等。Devedit可以 帮助在沟渠部分给出更多更密度网格而降低其他不重要的区域部分，例如栅极区域 或者半导体/氧化物界面等等。以此可以提高器件参数的精度。简单说就是重点区域 重点给出网格，不重要区域少给网格。 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。
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 spac=0.5
#y方向网格定义 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 #定义区域 region num=1 silicon
#定义电极 electr name=anode x.min=5 length=2 electr name=cathode bot #.... 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 #.... 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
解析： （1） 第一部分语句用来描述器件，包括网格参数（mesh）, 电极设置 （electrode locations）以及掺杂分布（doping distribution） 这是 一个具有重掺杂的浮动式环状保护区域的二维n类型器件，它分布 在结构的左右两边。肖特基阳极在器件顶端，重掺杂的阴极位于器件 底端。 （2） 在器件描述之后，模型语句被用来定义下列模型： 载流子浓度、迁移率、场迁移率、能隙变窄、SRH激发复合模型、 Auger复合模型、双载流子模型（carriers=2）。
（3）电学仿真简单地将阳极电压以间隔为0.05V升至1.0V.
语句和参数详解
主要包括三大部分内容 （1）器件编辑语句 region、electrode、doping等 （2）模型与环境设置语句 models method等 （3）电学特性仿真语句 solve 等
#语句1 仿真器调用命令语句 go 调用atlas器件仿真器需要用到go语句：
Any real number
Yes No
Yes
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PARaracter, Integer， Real） 而逻辑型参数必须和其他参数加以区分。
了解一下ATLAS
ATLAS仿真框架及模块 仿真输入和输出 Mesh 物理模型 数值计算
二、半导体器件仿真软件使用
本章介绍ATLAS器件仿真器中所用到的语句和参数。 具体包括： 1.语句的语法规则 2.语句名称 3.语句所用到的参数列表， 包括类型，默认值及参数的描述
4.正确使用语句的实例
例如，在语句： DOPING UNIFORM CONCENTRATION=1E16 P.TYPE 中
解析： Doping 是语句名称
Uniform 和 p.tpye是两个逻辑型参数，在程序内部对应了逻辑值
CONCENTRATION=1E16 对应的是一个实数型参数。
每一个语句对应多个参数，这些参数代表了这个语句的某种属性，但都 包含在4中参数之中。
物理模型的选择要视实际情况而定
所以仿真不只是纯粹数学上的计算
计算方法
在求解方程时所用的计算方法 计算方法包括计算步长、迭代方法、初始化 策略、迭代次数等 计算不收敛通常是网格引起的
特性获取和分析
不同器件所关注的特性不一样，需要对 相应器件有所了解 不同特性的获取方式跟实际测试对照来 理解 从结构或数据文件看仿真结果
例如：mesh infile=nmos.str mesh space.mult=<VALUE> , 对网格进行控制, 默认值为1。 定义网格时必须先使用这句来初始化网格。
参数#2：x.mesh和y.mesh定义网格位置及其间隔(line)
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
关键语句是设置肖特基接触 contact name=<char> (char表示接触的名称，用英文字符来表示比如 anode cathode)
workf=<val> (val表示变量参数，用来设置功函数大小)
这个语句是用来设置肖特基电极的功函数的。
在这个例子里面，因为衬底是亲和能为4.17的n类型硅，所指定的 功函数为4.97，这样提供了一个肖特基势垒的高度为0.8V. 默认的势 垒高度是0. （一个完美的欧姆接触）这个条件是为阴极假定的。
光电子器件综合设计 -------器件仿真
本讲主要内容
器件结构 材料特性 物理模型 计算方法 特性获取和分析
2
器件仿真流程
00:13
Silvaco学习
3
器件结构
• 怎样得到器件的结构？
1、工艺生成 2、ATLAS描述 3、DevEdit编辑
• 需要注意的情况
除了精确定义尺寸外也需特别注意网格 电极的定义（器件仿真上的短接和悬空） 金属材料的默认特性
go atlas
解析： go 用来退出和重新启动atlas仿真器 注意： 这个命令是通过 deckbuild来执行的
mesh
• 语句#2 mesh 语句功能： mesh定义网格信息。类似于athena仿真器中的Line. 语法规则：<n>.MESH LOCATION=<n> [SPACING=<n>] 语句解析： 此语句定义了网格线的位置和间隔。状态有mesh，x.mesh，y.mesh，eliminate 等 参数解析： 参数#1 mesh： MESH INF=<structure filename> 导入由DevEdit创建的器件结构
例如：Eliminate columns x.min=0.2 x.max=1.4 y.min=0.2 y.max=0.7
Eliminate 前
Eliminate 后
mesh
#例1 设置初始网格均匀分布，为1.0微米 mesh space.mult=1.0
#例2 设置x方向网格， 从以0.5间隔的x=0.00的位置渐变过渡 到以0.2为间隔的x=3.0的位置。 这样可以根据需要设置多个网格。
学习重点（1） 语法规则 （2）用ATLAS程序语言编写器件结构
1. 语法规则
规则1： 语句和参数是不区分大小写的。 A=a 可以在大写字母下或小写字母下编写。abc=Abc=aBc
规则2： 一个语句一般有以下的定义格式： <语句> <参数>=<值> 其中： <语句>表示语句名称 <参数>表示参数名称 <值>表示参数的取值。 间隔符号是被用来分离语句中的多个参数。
将反斜线符号\放在一条语句的末尾，那么程序每当遇到\都会视下一行为 上一行的延续。
实例语句
2. 通过实例学语句
实例简介： 此实例演示了肖特基二极管正向特性。大致分为三个部分 （1）用atlas 句法来形成一个二极管结构 （2）为阳极设置肖特基势垒高度 （3）对阳极正向偏压
#调用atlas器件仿真器 go atlas #网格初始化 mesh space.mult=1.0 #x方向网格定义 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 spac=0.5