SilvacoTCAD器件仿真01
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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。
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。
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
21:34
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
参数#1 mesh： MESH INF=<structure filename> 导入由DevEdit创建的器件结构
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)
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
温馨提示：
（1）命令缩减 没有必要输入一个语句或参数名的全称。 ATLAS只需要用户输入足够的字 符来区分于其他命令或参数。
例： 命令语句 DOP 等同于 doping， 可以作为其命令简写。 但建议不要过度简单，以免程序含糊不清，不利于将来调用时阅读。
（2）连续行 有的语句超过256个字符，为了不出现错误，ATLAS语序定义连续行。 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。
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：
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
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
#.... 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
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。
解析：
在一个语句后的参数可以是单词或者数字。
单词可由字母和数字所组成的字符串。由空格（space）或回车 (carriage return)来终止。 例： region (OK) reg ion (wrong) 数字可以是数字也可以是字符串也是由空格（space）或回车 (carriage return)来终止。 例: 3.16 (OK) 3.1 6 (wrong) 数字的取值范围可以从1e-38 到 1e38 数字可以包含符号 + 或 – 或 E（十进制） 例： -3.1415 （OK）
（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）。
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)
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
#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
（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： 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
材料特性
材料的参数有工艺参数和器件参数 材料参数是和物理模型相关联的 软件自带有默认的模型和参数 可通过实验或查找文献来自己定义参数
物理模型
物理量是按照相应的物理模型方程求得的 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
#.... 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
#物理模型定义 model conmob fldmob srh auger bgn
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
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。
ATLAS描述器件结构
ATLAS描述器件结构的步骤
mesh region electrode doping
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
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。
#定义接触电极类型 contact name=anode workf=4.97
#偏压初始化 solve init
#数值计算方法 method newton
log outfile=diodeex01.log
#设置偏压求解 solve vanode=0.05 vstep=0.05 vfinal=1 name=anode tonyplot diodeex01.log -set diodeex01_log.set quit
mesh
#例3 设置y方向网格信息 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
解析：以上建立了一个含有网格信息的12微米×5微米大小的 区域。 <n>.MESH 定义沿着<n>方向的网格位置。
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。
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
Yes Yes No
Yes
Example
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。
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
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Leabharlann Baidu A=a 可以在大写字母下或小写字母下编写。abc=Abc=aBc
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。
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。
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
21:34
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
参数#1 mesh： MESH INF=<structure filename> 导入由DevEdit创建的器件结构
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)
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
温馨提示：
（1）命令缩减 没有必要输入一个语句或参数名的全称。 ATLAS只需要用户输入足够的字 符来区分于其他命令或参数。
例： 命令语句 DOP 等同于 doping， 可以作为其命令简写。 但建议不要过度简单，以免程序含糊不清，不利于将来调用时阅读。
（2）连续行 有的语句超过256个字符，为了不出现错误，ATLAS语序定义连续行。 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。
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：
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
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
#.... 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
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。
解析：
在一个语句后的参数可以是单词或者数字。
单词可由字母和数字所组成的字符串。由空格（space）或回车 (carriage return)来终止。 例： region (OK) reg ion (wrong) 数字可以是数字也可以是字符串也是由空格（space）或回车 (carriage return)来终止。 例: 3.16 (OK) 3.1 6 (wrong) 数字的取值范围可以从1e-38 到 1e38 数字可以包含符号 + 或 – 或 E（十进制） 例： -3.1415 （OK）
（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）。
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)
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
#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
（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： 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
材料特性
材料的参数有工艺参数和器件参数 材料参数是和物理模型相关联的 软件自带有默认的模型和参数 可通过实验或查找文献来自己定义参数
物理模型
物理量是按照相应的物理模型方程求得的 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
#.... 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
#物理模型定义 model conmob fldmob srh auger bgn
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
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。
ATLAS描述器件结构
ATLAS描述器件结构的步骤
mesh region electrode doping
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
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。
#定义接触电极类型 contact name=anode workf=4.97
#偏压初始化 solve init
#数值计算方法 method newton
log outfile=diodeex01.log
#设置偏压求解 solve vanode=0.05 vstep=0.05 vfinal=1 name=anode tonyplot diodeex01.log -set diodeex01_log.set quit
mesh
#例3 设置y方向网格信息 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
解析：以上建立了一个含有网格信息的12微米×5微米大小的 区域。 <n>.MESH 定义沿着<n>方向的网格位置。
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。
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
Yes Yes No
Yes
Example
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。
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
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Leabharlann Baidu A=a 可以在大写字母下或小写字母下编写。abc=Abc=aBc
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。