Silvaco仿真在光电子技术实验教学中的应用
Silvaco TCAD仿真软件在《半导体物理与器件》科研导向型教学中的应用
1 引言近几年，由于中美两国技术对抗和贸易摩擦，国内对微电子技术发展及人才需求都与日俱增，微电子、物理电子、集成电路等相关专业的本科、研究生毕业生都供不应求。
当下，从半导体材料制备生长到半导体器件加工各个环节都急需优秀人才。
作为微电子等专业的核心专业课程，《半导体物理与器件》相关课程主要介绍半导体器件的特性、工作原理及其局限性的基础知识。
要想更好地理解这些基础知识，就必须对半导体材料物理知识进行全面了解，同时半导体相关课程又以量子力学、固体物理、半导体材料物理以及半导体器件物理等知识相互支撑、交错在一起的。
不难看出，《半导体物理与器件》相关课程虽然具有相当的学习难度，但是其在过去以及未来全球信息产业中的重要性处于无法取代的地位[1]。
半导体相关仿真主要包括工艺仿真、器件仿真和电路仿真：工艺仿真包括离子注入、刻蚀、光刻等工艺的模拟，推动设计新工艺流程，改进旧工艺流程；器件仿真可以实现特性仿真、性能参数的提取，可用于设计新型器件，改良传统器件结构；电路仿真可以对电路的时序、工作性能等进行仿真，用于验证电路设计[2]。
2 Silvaco TCAD软件介绍Silvaco TCAD计算机辅助设计仿真软件现在已在半导体工业界处于领导地位，其软件包被遍布全球的半导体厂家用于半导体器件和集成电路的研究开发和测试生产中。
Silvaco还是Spice参数提取软件和模拟电路仿真软件SmartSpice的主要提供商。
Silvaco与国际上先进的高科技厂商合作，为半导体市场提供最新的技术和工艺。
此外，Silvaco公司还积极与全球各个大学达成多个合作计划，其大学计划的目的在于使教育和研究机构通过简便的渠道，使用Silvaco提供的TCAD、ICCAD和模拟/混合信号仿真软件，为大学提供全套EDA和TCAD软件，用于半导体相关课程研究和教学。
Silvaco TCAD软件是由Silvaco公司出品的一款辅助设计工具，它主要包含了工艺仿真模块Athena和器件仿真模块Atlas。
silvaco课程设计
silvaco课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解Silvaco软件的基本原理，掌握半导体器件模拟的基础知识。
2. 学生能掌握Silvaco软件的操作流程，学会建立、修改和运行半导体器件模型。
3. 学生了解半导体器件物理参数对器件性能的影响，能运用Silvaco软件分析器件性能。
技能目标：1. 学生能独立使用Silvaco软件进行半导体器件模拟，解决实际问题。
2. 学生具备分析Silvaco模拟结果的能力，能提出优化器件性能的建议。
3. 学生能通过Silvaco软件对所学理论知识进行验证，提高实际操作能力。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对半导体器件模拟的兴趣，提高学习积极性。
2. 学生养成团队协作、互相学习的良好习惯，增强沟通表达能力。
3. 学生认识到Silvaco软件在半导体行业中的重要性，树立专业认同感。
本课程针对高年级学生，结合半导体器件课程，以实用性为导向，培养学生运用Silvaco软件进行器件模拟的能力。
课程目标具体、可衡量，旨在使学生掌握相关知识，提高实际操作技能，培养积极的情感态度，为后续学习和工作打下坚实基础。
二、教学内容1. Silvaco软件概述：介绍Silvaco软件的发展背景、功能特点及其在半导体行业中的应用。
教材章节：第一章 导论2. Silvaco软件操作基础：学习Silvaco软件的基本操作、界面布局和常用命令。
教材章节：第二章 软件操作基础3. 半导体器件模拟原理：讲解半导体器件物理基础、数值方法和模拟流程。
教材章节：第三章 半导体器件物理；第四章 数值方法4. 器件模型构建与模拟：学习如何建立、修改和运行半导体器件模型，掌握参数设置和模拟分析。
教材章节：第五章 器件模型与模拟5. 模拟结果分析：分析Silvaco软件模拟结果，学习提取关键参数、优化器件性能的方法。
教材章节：第六章 模拟结果分析6. 实际案例解析：结合实际案例，讲解如何运用Silvaco软件解决半导体器件设计中的问题。
第三讲 Silvaco TCAD 器件仿真01
#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
20
#定义电极 electr name=anode x.min=5 length=2 electr name=cathode bot
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
29
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
#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 out
#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
Silvaco_TCAD_工艺仿真1
Silvaco学习
另外，通过HCL或Cl2有助于清洁氧化炉中的 金属杂质，同时也有增快氧化速率的作用 。
氧化过程通常以费克定律方程及气流平衡 方程描述。对于特定温度下，氧化层厚度 和氧化时间的关系有两个极限形式：
1）在氧化层的厚度足够薄的时候，氧化速率是 线性的； 2）在氧化层足够厚的时候，其速率为抛物线的 。
所有关键制造步骤的快速精确的模拟，包括 CMOS，bipolar，SiGe，SOI，III-V，光电子学 以及功率器件技术
精确预测器件结构中的几何结构，掺杂剂量分 配，和应力 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
5 Silvaco学习
18:07
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Silvaco学习
结构操作
命令structure 可以保存和导入结构， 对结构做镜像或翻转 参数： infile,outfile,flip.y,mirror [left|right|top|bottom] 在仿真到一定步骤时可 适当保存结构
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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 structure outfile=oxide.str extract name="Tox" thickness \ oxide mat.occno=1 tonyplot
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Silvaco学习
半导体工艺学silvaco仿真实验报告
【Silvaco TCAD实用教程】1 仿真的必要性
第一部分
TCAD介绍
第二部分
仿真的必要性
第二三部分
TCAD学习
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3.1 TCAD学习资料
• 用户手册 • 学习教程 • Silvaco官方网站 : silvaco • Silvaco中国官方网站 : silvaco
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3.2 TCAD学习方法
• 多看例子，多实际操作 • Ctrl + C 和 Ctrl + V 的灵活使用 • 注意补充理论知识
主要内容
第一部分
TCAD介绍
第二部分
仿真的必要性
第三部分
TCAD学习
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1 TCAD介绍
第一部分
TCAD介绍
第二部分
仿真的必要性
第三部分
TCAD学习
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1.1 Silvaco 产品应用领域
• Silvaco 产品涉及半导体的众多应用领域 • Silvaco TCAD可进行半导体工艺和器件仿真
Campbell ，电子工业出版社 • 《半导体制造技术》， Michaael Quirk等著，电子工业出版社 • 《硅超大规模集成电路工艺技术：理论、实践与模型》 ，James D.
Plummer 等著，电子工业出版社 • 《晶体管原理与设计（第2版）》， 陈星弼 张庆中 编著，电子工业
出版社 • 《电子材料与器件原理（第3版）》 ，萨法.卡萨普 著 汪宏 等译，西
• 以前没有仿真也做得很好！ • 我已经习惯了以前的思路，改变起来困难较大！ • 现在任务已经很重，学习仿真比较乏力！ • 我对仿真能起到何种效果表示怀疑！
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2.2 仿真是设计技术的体现
• 器件开发的正向和逆向思维 • 开发过程应是正向和逆向的综合
基于Silvaco的RFSOICMOS工艺仿真
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ，ｔｈｅ Ｐｏｒｔａｂｌｅ ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｒａｐｉｄｌｙ． Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍ ｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅｓｅ ｓｙｓｔｅｍ ｓ，ｔｈｅ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｓｈｉｆ ｔｅｄ ｔｏ ＲＦ ｆ ｉｅｌｄ，ｗｈｉｃｈ ｍａｄｅ ａ ｂｒｏａｄ ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｆｏｒ ｔｈｅ ＳＯＩ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ：ｏｎ ｏｎｅ ｈａｎｄ，ａｓ ｔｈｅ ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｆｉｅｌｄ ｐｏｒｔａｂｌｅ ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｃｏｍ ｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｓ ｍｏｓｔｌｙ ｕｓｅｄ ｔｈｅ ｂａｔｔｅｒｙ ａｓ ａｎ ｅｎｅｒｇｙ ｓｏｕｒｃｅ，ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｒ ｉｖｅ ｖｏｌｔａｇｅ ｗｏｕｌｄ ｂｅ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｉｍ ｐｏｒｔａｎｔ ｉｓｓｕｅ ｔｏ ｂｅ ｒｅｓｏｌｖｅｄ．ＳＯＩ ＣＭ ＯＳ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇ ｙ ｈａｄ ｂｅｃｏｍｅ ａ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｐｒｏｂｌｅｍ ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｉｔｓ ｓｍａｌｌ ｐａｒａｓｉｔｉｃ ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ． Ｏｎ ｔｈｅ ｏｔｈｅｒ ｈａｎｄ，ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ＲＦ ｆ ｉｅｌｄ ｒｅｑｕｉｒｅｄ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｌｅｖｅｌ ａｎｄ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ，ＳＯ ｔｈｅ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｎｏｉｓｅ ｂｅｃａｍ ｅ ｍ ｏｒｅ ｉｍ ｐｏｒ ｔａｎｔ．Ｏｘｙ—ｉｓｏｌａｔｉｏｎ ｏｆ ＳＯ１ ＣＭ ＯＳ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｈａｄ ｇｏｔ ａ ｃｏｍｐｌｅｔｅ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ，ｇｒｅａｔｌｙ ｒｅｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ＲＦ ａｎｄ ｄｉｇｉｔａｌ，ｍ ｉｘｅｄ—ｓｉｇｎａｌ ｃｒｏｓｓｔａｌｋ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｄｅｖｉｃｅ ｐｈｅｎｏｍｅｎａ，ｉｍ ｐｒｏｖｅｄ ｔｈｅ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｎｏｉｓｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ．Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ＳＯＩ ＣＭ ＯＳ ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｌｏｗ ｉｎ ｄｅｔａｉｌｓ，ａｎｄ ｔａｋｅｎ ＳＩＬＶＡＣＯ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｔｏ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ． Ｋ ｅｙｗｏｒｄｓ：ＲＦ ＳＯＩ ＣＭ ＯＳ；ｐｒｏｃｅｓｓ ｓｉｍ ｕｌａｔｉｏｎ；ｓｉｌｖａｃｏ
silvaco的学习心得
1.Silv aco的各仿真组件均在Deck Build中启动，包括结果由可视化工具T onypl ot输出。
主要组件包括以下三个：A THENA对工艺（淀积，离子注入，扩散，氧化光刻，掩膜）进行控制，生成器件结构AL TAS 对器件特性进行仿真计算D evEdi t 编写器件结构和Mes h编辑器2.AT HENA的仿真流程a.建立仿真网格命令是line,参数有x、y、loc ation、spac ing。
x、y分别设定垂直x、y 轴的网格线，loc ation(loc)为轴上坐标，spac ing为网格线之间间距（单位u m）b.仿真初始化命令是ini tiali ze(in it) c.工艺步骤（如淀积、光刻、氧化、刻蚀、扩散...）d.抽取特性（如结深、材料厚度、浓度分布...）命令是ex tracte.结构操作（导入结构、对结构旋转、对结构做镜像和保存...）命令是s truct ure保存文件struc tureoutfi le=fi lenam e.str对结构做镜像struc turemirro r lef t结构上下翻转，将衬底置表面str uctur e fli p.y导入结构文件str uctur e inf ile=f ilena me.st rf.Tonyp lot显示3.文件类型输入文件 *.in(Deck Build界面仿真输入文件)结构文件 *.s tr(器件结构文件)器件仿真结果文件 *.lo g(仿真结果文件或日志文件)显示设置文件 *.set(T onypl ot设置文件)掩膜文件*.lay(掩膜结构信息文件)File name.dat(结果抽取文件)4.Silva co命令格式1.由comm and和p aramt er组成如 com mandparam eter1=<n>n表数值c omman d par amete r2=<c> c表字符串2.一行写不完在行尾加“\”续接，“#”表注释5.Deck Build命令有：E xtrac t,Go,Set和t onypl ot1.extr act 语法（syn tax）：extra ct na me=pa ramet ers 2.go语法：go <s imula tor> sim ulato r可以是a thens或atla sgo <simul ator> simf lags=<simu lator> sim flags仿真参数和程序版本3.se t 语法：set <var iable>=val ue va lue可以是数值或表达式即定义变量4.ton yplot语法：to nyplo t fil ename.str/filen ame.l og/fi lenam e.dat即将文件显示出来6.器件特性仿真A LTASgo at las mes h regio ne lectr ode 结构定义dopin gmater ial mode ls 材料模型定义 co ntact in terfa ce meth od 选取数值计算方法 log sol ve 求解load sav eextra cttonyp lot 结果分析 qu itAT LAS语法：状态和参数：A TLAS输入文件包含一系列状态量，每个参量都有对应的关键词格式：s tatme nt pa ramet er=va lue四种定义器件结构的方法：1.直接导入结构文件mes h inf ile=f ilena me 2.由ATHEN A直接生成器件结构elect rodename=subst ratebacks ide3.由ATLA S命令生成 x.me sh lo catio n=<va lue>spaci ng=<v alue> 4.由器件编辑器De cEdit写器件结构 regi onnu mber=<inte rger> <mat erial type> <po sitio n par amete rs>一.结构定义之 1.网格定义m esh 1.网格化分：m esh 如meshspace.mult=<val ue> #value默认是1，大于1，则网格变粗糙。
器件仿真软件模块-Silvaco
器件仿真软件模块ATLAS2D 硅器件仿真器S-Pisces/Device3DS-Pisces 是一个2D 器件仿真器，应用于合并了漂流扩散和能量平衡传输方程的硅化技术。
它拥有大量的可用物理模型集合，包括表面/体积迁移率、复合、碰撞电离和隧道模型等。
典型的应用包括MOS ,双极和BiCMOS 技术。
所有物理模型的性能已被扩展到深亚微米器件、SOI 器件和非易失性存贮器结构等。
它也可计算所有可测量的电学参数。
对于MOS 技术，这些参数包括门极和漏极特性，亚阈值漏电，衬底电流和穿通电压。
而双极技术则可预测Gummel 图和饱和曲线。
其他可计算的特性包括击穿行为、纽结和突返效应、CMOS 闩锁效应、低温和高温操作、AC参数和本征开关时间。
完全MOS 特性表征右图描述的是寄生双极造成的击穿曲线中的突返效应的仿真。
右图显示使用能量平衡和经典的漂移扩散计算的MOSFET 中的衬底电流。
使用能量平衡模型计算的行为更好地吻合测量的行为，因为它包括过冲电压到和非局部碰撞电离。
上面两图显示了分别针对不同的VGS 和VBS 的ID-VD 和ID-VGS 仿真的数据。
这些特性可直接加载到UTMOST ，并提取出等效的BSIM3或BSIM4 Spice 模型。
因此在任何可用的晶片制造之前即可表征新的工艺。
上图显示0.3µmMOSFET 中的电子温度分布。
碰撞电离率是基于载流子温度，而不是局部电场。
因此产生非局部效应。
左图显示的LDD MOSFET 结构是在ATHENA 工艺仿真器中仿真的，其最终结构可直接输入到ATLAS 中。
漏极电压14.5V 用于漏极接触，图上也添加了电场轮廓线。
完全双极特性表征S-Pisces仿真双极器件性能的各个方面。
如下图所示的复杂结构可从ATHENA中载入。
DC特性如Gummel图, b f vs. I c 和 I c vs. VCE均可被轻松仿真。
通过使用S-Pisces的时域模式可执行本征开关瞬态速度。
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。
半导体器件仿真软件在微电子工艺实验中的应用研究
半导体器件仿真软件在微电子工艺实验中的应用研究作者：周涛吴志颖陆晓东李文军来源：《教育教学论坛》2015年第38期摘要：利用Silvaco半导体器件仿真软件研究了不同注入条件和结构参数对大功率晶体管直流增益（HFE）的影响，清晰、直观地向学生们展现了晶体管电学参数、结构参数及工艺参数之间的联系。
表明将器件仿真技术应用于微电子工艺实验教学，可进一步充实教学内容、丰富教学方法、增强教学效果，并提高学生器件设计和制造的能力。
关键词：微电子；实验教学；晶体管；直流增益中图分类号：G434；N45 文献标志码：B 文章编号：1674-9324（2015）38-0248-02一、引言微电子工艺实验是微电子专业教学的重要组成部分，对于培养有竞争力的微电子科技人才十分必要。
然而目前，我国微电子专业学生的理论联系实际能力和动手能力普遍偏弱，成为制约我国微电子产业发展的巨大障碍[1-3]。
究其根源在于国内高校缺乏工艺实验教学条件、系统的实验教学课程[3-4]。
因此，对于国内高校如何充分利用现有教学资源，提高微电子工艺实验教学效果是一个值得探索的课题。
半导体器件仿真指的是利用计算机仿真来优化器件工艺和性能。
主要是通过求解基本的物理偏微分方程来对器件结构和电学性能进行建模[1，5]。
在开发新产品或优化器件性能时，利用半导体器件仿真可以减少研制成本和周期。
本文探究了Silvaco半导体器件仿真软件在微电子工艺实验中的应用，利用Silvaco软件计算了在不同的注入条件和结构参数情况下的大功率晶体管直流增益（HFE），清晰、直观地向学生们展现了晶体管电学参数、结构参数及工艺参数之间的联系。
表明将器件仿真软件应用于微电子工艺实验教学，可进一步充实教学内容、丰富教学方法、增强教学效果，并提高学生器件设计和制造的能力。
二、Silvaco器件仿真在工艺实验教学中的应用与分析大功率晶体管是最常见的功率半导体分立器件之一，在一些大型专用军事装设备领域起着难以替代的作用，因此，掌握大功率晶体管芯片设计及制造工艺对于微电子专业的学生具有十分重要的意义。
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。
（毕业论文）基于silvacotcad的4h-sic功率bjt器件仿真
基于Silvaco TCAD的4H-SiC功率BJT器件仿真[摘要] 碳化硅(SiC)作为第三代半导体材料的代表,由于具有宽禁带、高击穿电场、高热导率等优异特性,使其在高温、大功率、高频、抗辐射等领域应用前景广阔,其研究广为关注。
在商用的SiC材料中,4H-SiC具有更高的体迁移率和更低的各向异性,使其更具优势。
大功率4H-SiC BJT是非常具有竞争力的器件种类,可以广泛应用于诸如航空航天、机车牵引、高压直流输电设备、混合动力车辆等国计民生的重要领域。
然而,4H-SiC BJT较低的击穿电压、低的共发射极电流增益、较低的频率响应以及较差的可靠性限制了其在功率系统领域的发展,也使得在这一方面的研究成为热点。
本文首先完善了碳化硅新材料在仿真器Silvaco-TCAD中的物理模型,这包括迁移率模型、禁带宽度变窄模型、杂质不完全离化模型、碰撞电离模型、SRH产生一复合模型与俄歇复合模型等。
然后,讨论了4H-SiC BJT器件制作的工艺流程,并对关键工艺如欧姆接触工艺、刻蚀工艺以及离子注入工艺等进行了简要的介绍。
研究结果表明,仿真器可以正确的模拟碳化硅新材料特性,提出的结构击穿电压由于在结终端处做了优化的终端处理和采用缓冲漂移层,具有更高的耐压能力,更低的功耗和反向泄露电流;采用的P型薄层基区加速了少子在基区的运动,提高了电流增益,所设计结构更能适用于大功率电力电子系统应用。
[关键词] 4H-SIC 功率BJT 器件物理 Silvaco-TCADResearchon4H-SICPowerBJTDevieeSimulationLin ChengNO.2010850060，Electronic science and technology,2014Information Engineering College of Jimei UniversityAbstract:As the representative of the third generation semiconductor material, Silicon Carbide (SiC) is the promising candidate in application of high temperature, high power, high frequency,anti-radiation fields because of its excellent properties such as wide-band gap, high breakdown field, high thermal conductivity. Among the commercially available SiC types, 4H-SiC is the most attractive one due to its higher bulk mobility, lower anisotropy. Continuous research has been done through past decades. High power4H-SiC BJT is very competitive in power device family, which is widely applied in both military and civilian use such as aerospace, traction, HVDC facility, HEV. However, the low blocking voltage, low current gain, low frequency response and weak reliability of 4H-SiC BJT restrict its application in power system.Firstly, the physics models of new materials in simulator Silvaco-TCAD were improved in the paper, including mobility model, band-gap narrowing model, doping incomplete ionization model, impact ionization model, SRH and Auger generation-recombination model;the simulation can be done successfully under the accurate physics models. Then the process flow was discussed, critical processes such as Ohmic contact, pattern etch process and ion implantation are also been discussed.Research results indicate that the simulator is accurate to simulate the SiC material characteristics, the new structure proposed is with blocking voltages 1450V, current gain 52,higher 45% and 30% than traditional structure 1000V and 40 respectively. And the peak electrical field decreases from 3MV/cm to 2.3MVlcm. At the same time, the novel structure is with lower power loss and reverse leakage current, can be applied better in high power system.Finally, the frequency response and power loss are discussed in detail according to physics analysis.Key words: 4H-SiC Power BlT Device Physics Silvaco-TCAD引言 (1)第一章绪论 (2)1.1课题研究背景及意义 (2)1.2碳化硅功率器件发展回顾 (2)1.3碳化硅功率BJT国内外研究现状 (4)1.4主要研究思想和研究内容 (4)第二章 SILVACO-TCAD软件 (5)2.1Silvaco-TCAD简介 (5)2.2Silvaco-TCAD器件仿真中的物理模型 (5)2.2.1 迁移率模型 (6)2.2.2 禁带宽度变窄模型 (6)2.2.3 杂质不完全离化模型 (6)2.2.4 碰撞电离模型 (7)2.2.5 SRH产生一复合模型与Auger复合模型 (8)2.34H-SIC功率BJT设计原则 (9)第三章基于SILVACO TCAD的4H-SIC功率BJT器件仿真 (12)3.1工艺流程 (12)3.2欧姆接触工艺 (13)3.3图形刻蚀技术 (13)3.4离子注入和退火 (14)3.5 器件仿真流程 (14)结论 (20)致谢语 (21)参考文献 (22)附录 (23)电子技术有两大分支,即微电子技术(Mieroelectronies)和电力电子技术(PowerEleetronics)。
Silvaco TCAD仿真软件在《光电子学》课程教学中的应用
Silvaco TCAD仿真软件在《光电子学》课程教学中的应用王云姬
【期刊名称】《进展:教学与科研》
【年(卷),期】2023()1
【摘要】本文主要阐述了Silvaco TCAD软件仿真在光电子学这门课程中的应用价值,并以雪崩二极管为例,说明了具体的应用。
Silvaco TCAD仿真教学在光电子学中的辅助教学,可以帮助学生更好的理解光电子学中的光电探测器,提升学生的综合实践能力。
【总页数】2页(P82-83)
【作者】王云姬
【作者单位】金陵科技学院网络与通信工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】G642.0
【相关文献】
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silvaco实例
silvaco实例
SILVaco实例是指使用SILVaco软件进行仿真和分析的实例。
下面是一个简单的Silvaco 实例，展示了如何使用 Silvaco 软件进行器件的建模和仿真：
1. 设置网格：根据器件的物理尺寸和特征，设置合理的网格密度和大小，以确保仿真结果的准确性。
2. 定义材料和掺杂：根据器件的材料类型和掺杂浓度，选择适当的材料模型和掺杂分布函数。
3. 求解器设定：根据仿真的具体要求和条件，选择适当的求解器，并设置求解参数。
在完成上述步骤后，即可使用 Silvaco 软件进行器件的仿真和分析。
仿真结果可以保存为文本格式，也可以使用图形界面进行查看和分析。
请注意，具体的 Silvaco 实例会因仿真对象和要求的不同而有所差异。
在实际使用中，请根据具体情况进行适当的调整和设置。
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.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method newton#求解solve initlog outf=cb02.logsolve vanode=0.03solve vanode=0.1 vstep=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。
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Silvaco仿真在光电子技术实验教学中的应用
作者：况亚伟杨希峰涂国辉徐竞王书昶张惠国
来源：《教育教学论坛》2020年第18期
[摘要] 光电子技术实验是光电信息科学与工程专业专业方向的一门集中实践课程。
该专业在工程认证背景下，为了实现课程对指标点有力的支撑，将Silvaco仿真平台引入实验课程建设，设计并实践了一系列验证性、设计性以及综合性等类型的实验，并与传统实践项目结合，在提升学生动手实践能力的同时，增强学生对光电子器件理论知识的理解，提升学习主动性。
[关键词] 光电子技術实验;器件仿真;实验平台
一、引言
光电子技术实验是光电信息科学与工程专业专业方向的一门集中实践课程。
光电子技术实验是集光电技术、信息处理技术于一体的一门综合实验，是培养光信息科学与技术人才和光电子人才必不可少的课程，涵盖光电子技术、光电检测技术、信息光学、光电传感技术原理与应用等专业基础课的实验内容。
其目的和任务是使学生掌握光电信息技术中重要光源与探测器件、光纤通信器件的基本特性和特征参数及应用技术，熟悉现代光电信息处理的基本方法，学习光电信息系统的软硬件设计，培养学生正确应用光电器件、设备，建立合适的光电系统，以解决实际问题的能力。
光电子器件作为实验的载体，其设计的理论知识量大，与前后课程的关联紧密。
尤其在工程认证背景下基于OBE理念的课程设置方案，该课程在毕业要求能力矩阵中的设计/开发解决方案进行强支撑，具体描述为能够通过建模，进行元器件参数、电路功能和性能等仿真和计算，设计满足特定需求的硬件电路和软件设计，并在设计环节中体现创新意识。
为此，课题组对光电子技术实验进行了改革与创新，在传统实验项目的基础上，将Silvaco仿真平台引入实验课程教学，利用该平台在对复杂抽象物理概念进行建模的基础上，可以提取器件参数，有助于学生对于概念和器件工作机制的理解，更好的完成对能力矩阵的支撑。
二、仿真平台结构
Silvaco研发的技术计算机辅助设计TCAD仿真软件是行业中的佼佼者。
半导体制造商在世界各地使用TCAD软件包研究、开发、试验、生产半导体器件和集成电路。
Silvaco也是Spice参数提取软件和模拟电路仿真软件的SmartSpice的主要供应商，其主要特点是Silvaco提供了TCAD驱动的CAD环境，一套完整的工具使得物理半导体工艺，给工艺仿真和器件仿真阶段的IC设计提供动力;SPICE模型的生成和开发;互连寄生的非常准确的描述;基于物理的可靠性建模以及传统的CAD。
所有这些功能都集成到一个统一的框架，可以准确提供影响工程师做出的完整设计的任何阶段，它提供的性能具有可靠性并且可以直接反馈。
ATLAS仿真设备框架模拟半导体器件的电、光和热行为。
ATLAS提供了基于物理的易于使用、可扩展的平台。
在此基础上，对直流、交流和时域响应，光-电，电-光转换和二维或三维器件的其他特征进行了分析。
图1显示，Silvaco提供了TCAD驱动的的CAD环境，这套完整的工具使得物理半导体工艺可以为工艺仿真和器件仿真阶段的IC设计提供强大的动力;SPICE模型的生成和开发;互连寄生参数的极其精确的描述;基于物理的可靠性建模以及传统的CAD。
所有这些功能整合在统一的框架，为工程师在完整的设计中任何阶段所做的更改而导致的性能、可靠性等效果，提供直接的反馈。
三、光电池器件仿真实践
光电池是一种基于光伏效应工作的典型光电子器件，主要分为以电源为应用的太阳能光电池和以光电探测为应用的测量光电池。
其中，硅基光电池以其高效率、宽光谱响应、高稳定性和耐高能辐射等特点应用最为广泛。
在光电实验中，光电池的短路电流、开路电压、光谱特性、量子效率以及光电转换效率测试是工程实践中的典型参数，是认证背景下工程能力培养的载体。
图2以N型衬底制备P型扩散结为例，模拟了硼的浓度为1×1014/cm3。
磷离子注入浓度为1×1015/cm3并进行退火处理。
SiO2构成窗口接收光辐射，在AM1.5太阳光照射下，硅基半导体生光生伏特效应，实现太阳能转换成电能的能量转换。
图3为非均匀设置网格，建立了器件的二维模型。
四、结论
教学改革的实践证明基于Silvaco的光电子技术实验教学仿真平台的开发对实验教学和学生自主学习具有较好的辅助作用。
基于目标导向的OBE理念，将理论授课和理论建模仿真演示结合起来，实现计算机辅助教学，避免了仅仅依靠多媒体课件的理论教学中知识点掌握不牢的缺陷，使抽象的理论知识形象化，将光电器件工作机理、制备工艺和特性参数测试有机结合，有利于学生对知识点的理解、消化。
同时通过向学生开放源代码可激发学生编程的兴趣，在提高课程的教学效果的同时提高了编程能力，逐步建成了一个与硬件实验互补、知识面覆盖所有相关专业课程的实验课程体系。
参考文献
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[3]甘永莹，秦祖军，汪杰君.有关光电信息技术实验的教学改革探讨[J].科技创新导报，2018，15（13）：238-239.
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[5]甘永进.基于虚拟仿真的光电测量实验教学改革实践[J].玉林师范学院学报，2017，38（05）：49-52.
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