第三讲 Silvaco TCAD 器件仿真 PPT
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第3章 工艺及器件仿真工具SILVACO-TCAD
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④ 对于Dimensionality一栏，选择2D。在二维情况下进行 仿真；
⑤ 对于Comment栏，输入“Initial Silicon Structure with <100> Orientation”，如下图所示；
⑥ 点击WRITE键以写入网格初始化的有关信息。
2020/5/13
2020/5/13
浙大微电子
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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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浙大微电子
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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）。
接下来，我们通过干氧氧化在硅表面生成栅极氧化 层，条件是1个大气压，950°C，3%HCL, 11分钟。为 了完成这个任务，可以在ATHENA的Commands菜单 中依次选择Process和Diffuse …，ATHENA Diffuse菜 单将会出现。
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浙大微电子
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栅极氧化
③ 对于Concentration栏，通过滚动条或直接输入，选择理想浓度值为
1.0 ， 而 在 Exp 栏 中 选 择 指 数 的 值 为 14 。 这 就 确 定 了 背 景 浓 度 为
1.0×1014原子数/cm3（也可以通过以Ohm·cm为单位的电阻系数来确
定背景浓度）。
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9 Silvaco TCAD器件仿真模块及器件仿真流程
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tonyplot Vt.log
2.2 二极管的例子
• 生成结构
定义网格 go atlas mesh space.mult=1.0 x.mesh loc=0.00 spac=0.5 x.mesh loc=10.00 spac=0.5 y.mesh loc=0.00 spac=0.1 y.mesh loc=5.00 spac=0.1 region num=1 silicon electr name=anode top electr name=cathode bot doping n.type conc=5e13 uniform doping p.type conc=1e19 junc=1 rat=0.6 gauss save outf=diode_0.str tonyplot diode_0.str
• 参数文件
X:\ sedatools\ lib\ Atlas\<version_number>.R\ common
• C解释器的模板、数学符号等文件
X:\sedatools\lib\Atlas\<version_number>.R\common\SCI
Page
21
3 总结
第一部分
器件仿真模块
第二部分
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impact selb
2.1.4 数值计算方法
• 在求解方程时所用的计算方法 • 参数包括计算步长、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
晶格加热时的漂移扩散：
method block newton
迭代次数的设置：
method gummel newton trap maxtrap=10
主要内容
tonyplot Vt.log
2.2 二极管的例子
• 生成结构
定义网格 go atlas mesh space.mult=1.0 x.mesh loc=0.00 spac=0.5 x.mesh loc=10.00 spac=0.5 y.mesh loc=0.00 spac=0.1 y.mesh loc=5.00 spac=0.1 region num=1 silicon electr name=anode top electr name=cathode bot doping n.type conc=5e13 uniform doping p.type conc=1e19 junc=1 rat=0.6 gauss save outf=diode_0.str tonyplot diode_0.str
• 参数文件
X:\ sedatools\ lib\ Atlas\<version_number>.R\ common
• C解释器的模板、数学符号等文件
X:\sedatools\lib\Atlas\<version_number>.R\common\SCI
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3 总结
第一部分
器件仿真模块
第二部分
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impact selb
2.1.4 数值计算方法
• 在求解方程时所用的计算方法 • 参数包括计算步长、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
晶格加热时的漂移扩散：
method block newton
迭代次数的设置：
method gummel newton trap maxtrap=10
主要内容
SilvacoTCAD器件仿真优秀课件
Silvaco TCAD 器件仿真（三）
Tang shaohua, SCU
*
1
Silvaco学习
这一讲主要内容
材料特性设置 物理模型设置 特性获取 结果分析 从例子hemtex01.in看整个流程
*
2
Silvaco学习
材料参数
状态Material，设置材料参数 材料参数和物理模型的选取有关，常用的
Silvaco学习
特性获取Biblioteka CE击穿特性：impact selb
method trap climit=1e - 4 maxtrap=10
#
solve init
solve vbase=0.025
solve vbase=0.05
solve vbase=0.2
#
contact name=base current
tmun
p0
mup
Tl 300
tmup
*
状态 Mobility Mobility Mobility Mobility
低场迁移率模型中可用户定义的参数
参数
默认值
Mun
1000
Mup
500
Tmun
1.5
Tmup
1.5
11
单位 cm2/Vs cm2/Vs
Silvaco学习
物理模型
推荐的模型 MOSFETs类型：srh，cvt，bgn BJT，thyristors等：Klasrh，klaaug，kla，bgn 击穿仿真：Impact，selb
Solve vgate=0.05 vstep=0.05 vfinal=1.0 name=gate
Solve ibase=1e-6
*
Tang shaohua, SCU
*
1
Silvaco学习
这一讲主要内容
材料特性设置 物理模型设置 特性获取 结果分析 从例子hemtex01.in看整个流程
*
2
Silvaco学习
材料参数
状态Material，设置材料参数 材料参数和物理模型的选取有关，常用的
Silvaco学习
特性获取Biblioteka CE击穿特性：impact selb
method trap climit=1e - 4 maxtrap=10
#
solve init
solve vbase=0.025
solve vbase=0.05
solve vbase=0.2
#
contact name=base current
tmun
p0
mup
Tl 300
tmup
*
状态 Mobility Mobility Mobility Mobility
低场迁移率模型中可用户定义的参数
参数
默认值
Mun
1000
Mup
500
Tmun
1.5
Tmup
1.5
11
单位 cm2/Vs cm2/Vs
Silvaco学习
物理模型
推荐的模型 MOSFETs类型：srh，cvt，bgn BJT，thyristors等：Klasrh，klaaug，kla，bgn 击穿仿真：Impact，selb
Solve vgate=0.05 vstep=0.05 vfinal=1.0 name=gate
Solve ibase=1e-6
*
silvacoatlas介绍PPT课件
log off
.
17
器件最终结构
.
18
用tonyplot输出仿真结果
tonyplot GaN_0.log
.
19
.
20
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
.
12
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
.
7
网格的定义
.
8
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
.
13
定义材料特性
material ni.min=1e-10 taun0=1e-9 taup0=1e-9 mobility fmct.n GaNsat.n
.
14
选定物理模型
models srh fermi print
.
15
定义接触类型
contact name=gate contact name=source contact name=drain
SilvacoTCAD工艺仿真模块及工艺仿真流程PPT课件
go athena line x loc=0.0 spac=0.02 line x loc=1.0 spac=0.10 line y loc=0.0 spac=0.02 line y loc=2.0 spac=0.20
init two.d diffuse time=30 temp=1200 dryo2 tonyplot quit
Page 16
第16页/共32页
2.2.1 初始化的命令及参数
• 命令initialize可定义衬底或初始化仿真
• 衬底参数: material, orientation, , resitivity …
• 初始化仿真： infile导入已有的结构 仿真维度，, two.d … 网格和结构，, scale, flip.y …
主要内容
第一部分 第二部分 第三部分
工艺仿真器介绍 工艺仿真流程 总结
Page 1
第1页/共32页
1 工艺仿真器介绍
第一部分 第二部分 第三部分
工艺仿真器介绍 工艺仿真流程 总结
Page 2
第2页/共32页
3
第3页/共32页
1.1 工艺仿真模块 DeckBuild 集成环境
器真仿刷印电光 器真仿蚀刻和积淀英精 器真仿蚀刻积沉诺卡托蒙
Page 22
第22页/共32页
2.3.2 Diffuse做氧化的例子
氧化时间30分钟，1200度，干氧
diffuse time=30 temp=1200 dryo2
氧化时间30分钟，1000度，氧气流速10sccm
diffuse time=30 temp=1000 f.o2=10
干氧氧化的完整语法：
及能量和不定形材料引起的分离通道影响
init two.d diffuse time=30 temp=1200 dryo2 tonyplot quit
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第16页/共32页
2.2.1 初始化的命令及参数
• 命令initialize可定义衬底或初始化仿真
• 衬底参数: material, orientation, , resitivity …
• 初始化仿真： infile导入已有的结构 仿真维度，, two.d … 网格和结构，, scale, flip.y …
主要内容
第一部分 第二部分 第三部分
工艺仿真器介绍 工艺仿真流程 总结
Page 1
第1页/共32页
1 工艺仿真器介绍
第一部分 第二部分 第三部分
工艺仿真器介绍 工艺仿真流程 总结
Page 2
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3
第3页/共32页
1.1 工艺仿真模块 DeckBuild 集成环境
器真仿刷印电光 器真仿蚀刻和积淀英精 器真仿蚀刻积沉诺卡托蒙
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第22页/共32页
2.3.2 Diffuse做氧化的例子
氧化时间30分钟，1200度，干氧
diffuse time=30 temp=1200 dryo2
氧化时间30分钟，1000度，氧气流速10sccm
diffuse time=30 temp=1000 f.o2=10
干氧氧化的完整语法：
及能量和不定形材料引起的分离通道影响
Silvaco器件仿真ppt课件
e. 点击Load example f. 与这个例子相关的输入文件会载入到 g. deckbuild的文本窗口中
h. 此输入文件以及与之相关的其他文件会 i. 自动拷贝到你的工作目录中去
通过点击中间的程序控制窗口 中的run按钮，来运行输入文件。
一旦工艺模拟完成，MOS管的结构将会自动显示出来。如图所示，这是MOS管的 结构图。接下来会自动传递给器件仿真器 - ATLAS来进行器件仿真。
7. 可选择的工艺及器件仿真工具简介 Avanti: Tsuprem4/ Medici
Tsuprem4/Medici是Avanti公司 的二维工艺、器件仿真集成软 件包。Tsuprem4是对应的工艺 仿真软件，Medici是器件仿真 软件。
ISE-TCAD
工艺及器件仿真工具ISE-TCAD 是瑞士 ISE ( Integrated Systems Engineering ) 公司 开发的生产制造用设计（DFM： Design For Manufacturing） 软件，是一种建立在物理基础 上的数值仿真工具，它既可以 进行工艺流程的仿真、器件的 描述，也可以进行器件仿真、 电路性能仿真以及电缺陷仿 真等。基本上是成为行业标准， 功能强大，已被收购，升级版 为Sentaurus TCAD。
器件仿真
工艺描述
几何结构及掺杂
电学特性
(Device parameter extraction tools)
器件模拟参数提取
IC电路特性
(IC Circuit Simulation)
电路模拟用器件模型参数 IC电路仿真
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。
SilvacoTCAD器件仿真
Solve vgate=0.05 vstep=0.05 vfinal=1.0 name=gate
Solve ibase=1e-6
2020/3/3
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Silvaco学习
特性获取
I-V 特性：
solve vdrain=0.1 solve vdrain=0.2
… solve vdrain=2.0
转移特性：
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单位 cm2/Vs cm2/Vs
Silvaco学习
物理模型
推荐的模型 MOSFETs类型：srh，cvt，bgn
BJT，thyristors等：Klasrh，klaaug，kla，
bgn
击穿仿真：Impact，selb
例句：
Model bgn fldmob srh
Models conmob fldmob srh auger temp=300 print
2020/3/3
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Silvaco学习
特性获取
2020/3/3
电流控制性器件的输出特性：
solve init solve vbase=0.05 vstep=0.05 vfinal=0.8 name=base contact name=base current
#
solve ibase=2.e - 6 save outf=bjt_ib_1.str master solve ibase=4.e - 6 save outf=bjt_ib_2.str master
报错信息：
“trap times more than 4 times” 指计算不收敛。
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Silvaco学习
特性获取
加偏执是用solve状态 先需要设置数据保存在日志文件，之后才
SilvacoTCAD器件仿真3讲解说课材料
impact selb material=InP an2=1e7 ap2=9.36e6 bn2=3.45e6 bp2=2.78e6
material region=1 taun0=5.0e-10 taup0=1.0e-9 vsatn=2.5e7 \ mun0=4000 mup0=200
Material taun0=1.e-9 taup0=1.e-9 f.conmun=hemtex01_interp.lib material align=0.6
Silvaco学习
特性获取
CE击穿特性：
impact selb
method trap climit=1e - 4 maxtrap=10
#
solve init
solve vbase=0.025
solve vbase=0.05
solve vbase=0.2
#
contact name=base current
*
8
Silvaco学习
C解释器
可通过C解释器编辑函数来描述材料参数 C解释器模板路径
X:\sedatools\lib\Atlas\5.14.0.R\common\template 例子
hemtex01.in 中 “f.conmun=hemtex01_interp.lib”
*
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Silvaco学习
例句：
Model bgn fldmob srh
Models conmob fldmob srh auger temp=300 print
Impact selb
*
11
Silvaco学习
界面特性
Interface定义界面态电荷（密度cm-2），s.n和s.p 分别为电子和空穴的表面复合速率
material region=1 taun0=5.0e-10 taup0=1.0e-9 vsatn=2.5e7 \ mun0=4000 mup0=200
Material taun0=1.e-9 taup0=1.e-9 f.conmun=hemtex01_interp.lib material align=0.6
Silvaco学习
特性获取
CE击穿特性：
impact selb
method trap climit=1e - 4 maxtrap=10
#
solve init
solve vbase=0.025
solve vbase=0.05
solve vbase=0.2
#
contact name=base current
*
8
Silvaco学习
C解释器
可通过C解释器编辑函数来描述材料参数 C解释器模板路径
X:\sedatools\lib\Atlas\5.14.0.R\common\template 例子
hemtex01.in 中 “f.conmun=hemtex01_interp.lib”
*
9
Silvaco学习
例句：
Model bgn fldmob srh
Models conmob fldmob srh auger temp=300 print
Impact selb
*
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Silvaco学习
界面特性
Interface定义界面态电荷（密度cm-2），s.n和s.p 分别为电子和空穴的表面复合速率
SilvacoTCAD工艺仿真135页PPT
init two.d tonyplot quit
2019/11/14
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Silvaco学习
工艺步骤
对具体的工艺进行仿真 这些工艺包括：
Bake，CMP，Deposition，Development，Diffusion， Epitaxy，Etch，Exposure，Imaging，Implantation， Oxidation，Silicidation
可用于模拟离子注入，扩散，刻蚀，淀积，以 及半导体材质的氧化。它通过模拟取代了耗费 成本的硅片实验，可缩短开发周期和提高成品 率。
2019/11/14
2
Silvaco学习
工艺仿真模块
DeckBuild 集成环境
2019/11/14
ATHENA工艺仿真软件 SSuprem4二维硅工艺仿真器
MC蒙托卡诺注入仿真器 硅化物模块的功能
定义衬底:
material,orientation,c.impurities,resitivity …
初始化仿真：
导入已有的结构，infile…
仿真维度，one.d,two.d …
网格和结构，space.mult,scale,flip.y …
2019/11/14
14
Silvaco学习
初始化的几个例子
有助于IDMs，芯片生产厂商以及设计公司优 化半导体工艺，达到速度、产量、击穿、泄漏 电流和可靠性的最佳结合
2019/11/14
4
Silvaco学习
ATHENA工艺仿真软件
分析和优化标准的和最新的隔离流程，包 括LOCOS，SWAMI，以及深窄沟的隔离
在器件制造的不同阶段分析先进的离子注
适当保存结构
2019/11/14
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Silvaco学习
工艺步骤
对具体的工艺进行仿真 这些工艺包括：
Bake，CMP，Deposition，Development，Diffusion， Epitaxy，Etch，Exposure，Imaging，Implantation， Oxidation，Silicidation
可用于模拟离子注入，扩散，刻蚀，淀积，以 及半导体材质的氧化。它通过模拟取代了耗费 成本的硅片实验，可缩短开发周期和提高成品 率。
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工艺仿真模块
DeckBuild 集成环境
2019/11/14
ATHENA工艺仿真软件 SSuprem4二维硅工艺仿真器
MC蒙托卡诺注入仿真器 硅化物模块的功能
定义衬底:
material,orientation,c.impurities,resitivity …
初始化仿真：
导入已有的结构，infile…
仿真维度，one.d,two.d …
网格和结构，space.mult,scale,flip.y …
2019/11/14
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Silvaco学习
初始化的几个例子
有助于IDMs，芯片生产厂商以及设计公司优 化半导体工艺，达到速度、产量、击穿、泄漏 电流和可靠性的最佳结合
2019/11/14
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Silvaco学习
ATHENA工艺仿真软件
分析和优化标准的和最新的隔离流程，包 括LOCOS，SWAMI，以及深窄沟的隔离
在器件制造的不同阶段分析先进的离子注
适当保存结构
SilvacoTCAD工艺仿真 ppt课件
注入损伤：
Implant boron dose=1e14 energy=50 unit.damage dam.factor=0.1
2020/4/24
6
Silvaco学习
离子注入的例子
go athena Line x loc=0.0 spac=0.02 Line x loc=1.0 spac=0.10 Line y loc=0.0 spac=0.02 Line y loc=2.0 spac=0.20 init silicon c.boron=1e16 two.d
淀积BPSG： Deposit material=BPSG thick=.1 c.boron=1e20 c.phos=1e20
淀积，网格控制：
Rate.depo machine=MOCVD cvd dep.rate=0.1 u.m \ step.cov=0.75 tungsten
Deposit machine=MOCVD time=1 minute
抽取得到结深 Xj＝0.267678μm
把spac=0.02 换成0.1看有什么不同
2020/4/24
7
Silvaco学习
扩散
命令diffuse，参数及说明如下：
2020/4/24
8
Silvaco学习
2020/4/24
扩散的例句
磷的预沉积： Diffuse time=1 hour temp=1000 c.boron=1e20
Implant phosph dose=1e13 energy=50 \ tilt=7 unit.damage dam.factor=0.05
extract name="xj" xj material="Silicon” \ mat.occno=1 x.val=0.05 junc.occno=1
Implant boron dose=1e14 energy=50 unit.damage dam.factor=0.1
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Silvaco学习
离子注入的例子
go athena Line x loc=0.0 spac=0.02 Line x loc=1.0 spac=0.10 Line y loc=0.0 spac=0.02 Line y loc=2.0 spac=0.20 init silicon c.boron=1e16 two.d
淀积BPSG： Deposit material=BPSG thick=.1 c.boron=1e20 c.phos=1e20
淀积，网格控制：
Rate.depo machine=MOCVD cvd dep.rate=0.1 u.m \ step.cov=0.75 tungsten
Deposit machine=MOCVD time=1 minute
抽取得到结深 Xj＝0.267678μm
把spac=0.02 换成0.1看有什么不同
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Silvaco学习
扩散
命令diffuse，参数及说明如下：
2020/4/24
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Silvaco学习
2020/4/24
扩散的例句
磷的预沉积： Diffuse time=1 hour temp=1000 c.boron=1e20
Implant phosph dose=1e13 energy=50 \ tilt=7 unit.damage dam.factor=0.05
extract name="xj" xj material="Silicon” \ mat.occno=1 x.val=0.05 junc.occno=1
《SILVACO工艺仿真》PPT课件
命令讲解： 7、离子注入： #threshold Voltage Adjust Implant implant boron dose=9.5e11 energy=10 crystal
精选PPT
27
电子设计自动化
第4章 工艺及器件仿真SILVACO TCAD
命令讲解： 8、淀积命令： #Conformal Polysilicon Deposition deposit polysilicon thick=0.2 division=10
line x loc=0.6 spac=0.01
#
line y loc=0.00 spac=0.008
line y loc=0.2 spac=0.001
line y loc=0.5 spac=0.05
精选PPT
22
line y loc=0.8 spac=0.15
电子设计自动化
第4章 工艺及器件仿真SILVACO TCAD
电子设计自动化
第4章 工艺及器件仿真SILVACO TCAD
精选PPT
1
电子设计自动化
第4章 工艺及器件仿真SILVACO TCAD
TCAD:半导体工艺和器件的计算机辅助设计 软件。目前有三种： 1）、TSUPREM-4和MEDICI。 2）、ISE公司。 2）、SIVACO TCAD。
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11
电子设计自动化
第4章 工艺及器件仿真SILVACO TCAD
Blaze/Blaze3D高级材料制作的器件仿真
可仿真运用高级材料制作的器件。它有一个化合物
半导体库，包括了三元和四元材料。
Blaze/Blaze3D的内置模型可用于渐变和突变的异
质结，并且仿真如MESFETS、HEMT和HBT的结
精选PPT
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电子设计自动化
第4章 工艺及器件仿真SILVACO TCAD
命令讲解： 8、淀积命令： #Conformal Polysilicon Deposition deposit polysilicon thick=0.2 division=10
line x loc=0.6 spac=0.01
#
line y loc=0.00 spac=0.008
line y loc=0.2 spac=0.001
line y loc=0.5 spac=0.05
精选PPT
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line y loc=0.8 spac=0.15
电子设计自动化
第4章 工艺及器件仿真SILVACO TCAD
电子设计自动化
第4章 工艺及器件仿真SILVACO TCAD
精选PPT
1
电子设计自动化
第4章 工艺及器件仿真SILVACO TCAD
TCAD:半导体工艺和器件的计算机辅助设计 软件。目前有三种： 1）、TSUPREM-4和MEDICI。 2）、ISE公司。 2）、SIVACO TCAD。
精选PPT
精选PPT
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电子设计自动化
第4章 工艺及器件仿真SILVACO TCAD
Blaze/Blaze3D高级材料制作的器件仿真
可仿真运用高级材料制作的器件。它有一个化合物
半导体库，包括了三元和四元材料。
Blaze/Blaze3D的内置模型可用于渐变和突变的异
质结，并且仿真如MESFETS、HEMT和HBT的结
高频npn双极型晶体管Silvaco TCAD仿真
高频npn双极型晶体管Silvaco TCAD仿真一、npn晶体管器件物理1.npn晶体管的基本结构和制造工艺（1）npn晶体管的基本结构双极型晶体管由两个“背靠背”的pn结组成，一种基本结构如图1所示，晶体管中两种载流子都参与导电。
双极型晶体管按照导电类型和极性可划分为npn 晶体管和pnp晶体管，按照制作工艺可划分为合金管、平面管和台面管。
图 1 双极型晶体管基本结构（2）npn晶体管的制造工艺1948年，美国贝尔实验室的肖克莱、巴丁和布拉顿利用合金烧结法制作了第一个锗基双极型晶体管分立器件，奠基了现代电子技术的基础[1]。
npn晶体管制造的平面外延工艺在上世纪70年代一度成为主流，随着各种先进工艺和材料的引进，npn晶体管普遍使用多晶硅发射极的结构以提升注入效率，通过异质外延、离子注入、极紫外光刻等技术，npn晶体管尺寸更小、掺杂浓度更高更精确，性能也更出色。
2.npn晶体管的输出特性和击穿特性（1）npn晶体管的电流放大功能当处于放大工作状态时，npn晶体管的电流输运分为以下三个步骤：发射区发射载流子→基区输运载流子→集电区收集载流子，由于两种载流子都参与晶体管的电流输运，故得名“双极型晶体管”，三个过程定量描述载流子输运的系数分别是注入效率、基区输运系数和集电区雪崩倍增因子。
当npn型双极型晶体管发射结正偏、集电结反偏时，晶体管的基极电流将与集电极电流呈现近似比例关系，即I C=βI B（β>>1），呈现出“电流放大”的功能，其中β称为npn晶体管的电流放大系数。
npn晶体管的输出特性曲线如图2所示，图中虚线代表V BC=0，即V CE=V BE 的情形，是放大区和饱和区的分界线。
（2）npn晶体管的击穿特性当双极型晶体管一个电极开路，在另外两个电极外加反向偏压时，npn晶体管将发生雪崩倍增效应，产生类似于pn结的击穿现象，基极开路时，使I CEO→∞的V CE称为BV CEO，npn晶体管的BV CEO曲线表示如图3所示。
Silvaco TCAD 工艺仿真3
14:14
10
Silvaco学习
Filter
Filter定义发射孔(pupil)的类型和光源形状及 其滤波特性。 主要参数及其说明如下（illum.filter也类似）
例句：
Pupil.filter in.radius=0.1 out.radius=0.2 \ phase=0 transmit=0.1 illum.filter gaussian radius=0.05 angle=0 \ gamma=1 sigma=0.3 clear.fil
Layout
Layout，描述掩膜版图的特征，参数及说明 如下：
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Silvaco学习
Layout的例子
go athena layout… structure outfile=mask1.str mask tonyplot mask1.str quit layout lay.clear x.lo=-2 x.hi=2 z.lo=-1 z.hi=1 layout lay.clear x.circle=0 z.circle=0 \ radius=.5
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Silvaco学习
隔离氧化层制作
光刻版图案 （只有黑色的金属条，其他部分只是为了说明相对位置 图案也可以灵活） 工艺说明： 隔离氧化层制作 工艺步骤： 1，氧化 2，光刻 3，刻蚀 4，淀积氧化层 5，CMP
光刻加后续工艺处理后剖面结构图 G S D S
G
D
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Silvaco学习
例句
Expose z.cross cross.val=.1 Expose dose=200 num.refl=5 all.mats
Silvaco TCAD 器件仿真演示幻灯片
低场迁移率模型中可用户定义的参数
参数
默认值
Mun
1000
Mup
500
Tmun
1.5
Tmup
1.5
单位 cm2/Vs cm2/Vs
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物理模型
• 推荐的模型 MOSFETs类型：srh，cvt，bgn
BJT，thyristors等：Klasrh，klaaug，kla，
bgn
击穿仿真：Impact，selb
例句：
Model bgn fldmob srh
Models conmob fldmob srh auger temp=300 print
Impact selb
2020/4/22
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界面特性
Interface定义界面态电荷（密度cm-2），s.n和s.p 分别为电子和空穴的表面复合速率
interface y.max=0.1 qf=−1e11 interface x.min=−4 x.max=4 y.min=−0.25 y.max=0.1 qf=1e11 \
Silvaco TCAD 器件仿真（三）
2020/4/22
Tang shaohua, SCU
E-Mail: shaohuachn@ shaohuachn@
1
这一讲主要内容
• 材料特性设置 • 物理模型设置 • 特性获取 • 结果分析 • 从例子hemtex01.in看整个流程
要在结构文件中查看能带，需添加语句 Output con.band val.band band.para
2020/4/22
7
材料参数例子
material material=InGaAs align=0.36 eg300=0.75 nc300=2.1e17 \ nv300=7.7e18 copt=9.6e-11
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大家应该也有点累了，稍作休息
大家有疑问的，可以询问和交流
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
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。
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
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
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
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
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。
实例语句
第三讲 Silvaco TCAD 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
器件仿真流程
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
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
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
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
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。
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。
#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
规则3: 参数有4种类型
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。
例如，在语句：
DOPING UNIFORM CONCENTRATION=1E16 P.TYPE 中
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。
Байду номын сангаас
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）