器件仿真实验
微机电系统器件设计模型仿真及实验验证
微机电系统器件设计模型仿真及实验验证微机电系统（MEMS）技术是一种集成了机械、光学、电子和计算机技术的新型技术，逐渐应用于各个领域，包括医疗、通信、能源等。
在MEMS器件设计中，模型仿真和实验验证是非常重要的步骤，可以验证器件设计的可行性和性能表现，优化设计方案，提高研发效率。
本文将介绍MEMS器件设计模型仿真及实验验证的流程和方法，并探讨其在实际应用中的意义。
首先，MEMS器件设计的模型仿真是一种基于计算机模型的仿真技术，通过建立数学模型和使用相应的软件工具，对器件的结构和性能进行预测和分析。
常用的仿真软件包括ANSYS、COMSOL等。
模型仿真可以帮助设计人员快速建立和修改器件结构，优化材料选择和几何参数，预测器件的力学、光学、热学等性能指标。
仿真结果可以减少研发时间和成本，提高设计的准确性和可靠性。
其次，实验验证是将设计的MEMS器件制作成实际样品，并通过实验测试来验证器件的性能和功能。
实验验证可以分为两个阶段：样品制作和测试验证。
样品制作包括器件工艺流程的设计与实施，包括光刻、湿法腐蚀、离子刻蚀等工序。
测试验证包括对器件性能的定量测量和质量评估，例如使用扫描电子显微镜（SEM）观察器件结构的形貌和表面粗糙度，使用光学显微镜观察器件是否工作正常，使用激光干涉仪测试其位移或力学性能等。
在实际应用中，MEMS器件设计模型仿真和实验验证具有重要的意义。
首先，通过仿真可以提前预测器件的性能和功能，避免不必要的实验测试，减少研发时间和成本。
其次，仿真可以进行多次参数优化和设计方案的比较，最终选定性能最佳的器件方案。
而实验验证可以验证仿真结果的准确度和可靠性，确保器件在实际制造和使用过程中的性能符合设计要求。
此外，实验验证还可以发现和解决仿真无法考虑到的一些问题，如器件工艺可行性、制造工艺的复杂度等。
当然，MEMS器件设计模型仿真和实验验证也面临一些挑战。
首先，MEMS器件设计的模型仿真在建模过程中需要准确的物理特性参数和材料参数，而这些参数通常需要进行实验测试，并可能受到误差的影响。
实验二 单级放大器(仿真)
极 性 电 容
可 调 电 容
可 调 电 感
无 芯 线 圈
磁 芯
非 线 性 变 压 器
暂停/恢复 晶体管库
启动/停止
三 极 管
三 极 管
沟 道 结 型
沟 道 结 型
三 端 耗 尽 型 NMOS
三 端 耗 尽 型 PMOS
四 端 耗 尽 型 NMOS
四 端 耗 尽 型 PMOS
三 端 增 强 型 NMOS
压 控 三 角 波
压 控 方 波
受 控 单 脉 冲
分 段 线 性 源
线压 性控 源分 段
频 移 键 控 源
多 项 式 源
非 线 性 相 关 源
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 基本器件库
连 接 点
电 阻
电 容
电 感
变 压 器
继 电 器
开 关
延 迟 开 关
压 控 开 关
流 控 开 关
上 拉 电 阻
电 位 器
排 电 阻
压 控 模 拟 开 关
附录：
1.静态工作点估算
根据给定的电路参数，VCC=9V、VBE=0.75V 、β =100估 算 实验电路的静态工作点VB 、VC、VE和 RW 的值。
V E ≈ I C×R E VB = VE +VBE VC = VCC－IC×RC RW =〔（VCC－VB）÷ IR1〕－ Rb1 IR1 ≈ IR2 = VB ÷ Rb2
使放大器能正常工作，必须设置合适的静态 工作点Q。 在输入信号幅度足够大的情况下， Q点应该 选在输出特性曲线上交流负载线的中点，这 样就可获得最大的不失真输出电压。 若Q点选得过高，就会引起饱和失真； 若Q点选得过低，就会产生截止失真 。
二极管参数测试仿真实验
二极管参数测试仿真实验二极管是电子元器件中最基本的元器件之一，具有单向导电特性。
在电子电路中广泛应用于整流、稳压、开关、调节等电路中。
为了正确认识和使用二极管，需要对其进行参数测试和仿真实验。
下面将介绍二极管参数测试仿真实验的内容。
一、二极管参数测试1.正向电压-正向电流特性曲线测量1.1实验原理：二极管的正向电压-正向电流特性曲线反映了二极管在正向工作状态下的电压与电流之间的关系。
通过测量二极管的正向电压和正向电流值，并绘制特性曲线，可以了解二极管的导通电压和导通电流等参数。
1.2实验步骤：（1）搭建测试电路：将二极管连接在串联电路中，在二极管上加正向电压，通过改变电压的大小，测量电压与电流之间的关系。
（2）调节电压：从0V开始，逐渐增加电压，记录二极管正向电压和正向电流的数值。
（3）绘制特性曲线：将记录到的电压-电流数值绘制在坐标系中，即可得到特性曲线。
1.3实验注意事项：（1）测试电路搭建时，应注意二极管的极性，确保连接正确。
（2）电压的增加应从小到大，避免过大的电压对二极管产生损坏。
（3）记录电压和电流时，应准确读取数值，避免误差。
2.反向电压-反向电流特性曲线测量2.1实验原理：二极管的反向电压-反向电流特性曲线反映了二极管在反向工作状态下的电压与电流之间的关系。
通过测量二极管的反向电压和反向电流值，并绘制特性曲线，可以了解二极管的反向击穿电压和反向电流等参数。
2.2实验步骤：（1）搭建测试电路：将二极管连接在反向电路中，在二极管上加反向电压，通过改变电压的大小，测量电压与电流之间的关系。
（2）调节电压：从0V开始，逐渐增加电压，记录二极管反向电压和反向电流的数值。
（3）绘制特性曲线：将记录到的电压-电流数值绘制在坐标系中，即可得到特性曲线。
2.3实验注意事项：（1）测试电路搭建时，应注意二极管的极性，确保连接正确。
（2）电压的增加应从小到大，避免过大的电压对二极管产生损坏。
（3）记录电压和电流时，应准确读取数值，避免误差。
30538模拟电子技术仿真实验课件
1.2 二极管的应用
1.2.3 限幅电路
1.二极管下限幅电路： 首先判断二极管的工作状态：假设断开 二极管，计算二极管阳极和阴极电位， 阴极电位为5V，只要阳极电位大于等于 5.7V，二极管导通，阳极电位低于5.7V， 二极管截止。由于输入电压是交流电， 所以只有在交流电的正半周且电压的瞬 时值大于等于5.7V时，输出电压等于输 入电压，Uo=Ui。在交流电的一个周期 内的大部分时间由于交流电的瞬时值小 于5.7V，二极管处于截止状态，所以输 出电压为5V。
（a） 电路图
（b）输入输出波形 图1-32 光电耦合器电路
1.4半导体三极管
1.4.1三极管内部电流分配关系
将三极管2N5551按照图1-33进行连接， 图中接入了3个电流表和2个电压表。3个 电流表分别用来测量基极电流IB、集电 极电流IC和发射极电流IE，两个电压表 一个用来测量发射结电压，另一个用来 测量集电结电压。通过改变可变电阻R3 的阻值，从而改变基极电流的大小。 图1-33 三极管内部电流分配关系
图1-29
电路负载发生变化
总之，要使稳压二极管起到稳压作用，流过它的反向电流必须在Imin ~ Imax 范围内变化，在这个范围内，稳压二极管工作安全而且它两端反向电压变化很 小。上述仿真实验中，其实质是用稳压管中电流的变化来补偿输出电流的变化。
1.3 特殊二极管的应用
1.3.2 发光二极管的应用
2.负载电阻发生变化 图1-29中，用可变电阻RL阻值的变化来 模拟负载的变化，当阻值由500Ω下降到 150Ω(阻值变化显示30%)时，负载上的电 流逐渐增大，即负载变得越来越重，这时 流过稳压管的电流下降到17mA，稳压器 的输出电压基本上保持在6.2V。如果继续 减小负载电阻的阻值，则流过稳压二极管 的反向电流继续减小，当流过稳压二极管 的反向电流小于它的最小维持电流（6mA） 时，稳压管也就失去了稳压作用。
器件仿真实验报告
器件仿真实验报告电力电子仿真仿真实验报告目录实验一：常用电力电子器件特性测试................................................................................... 3 （一）实验目的：................................................................................................ .. (3)掌握几种常用电力电子器件（SCR、GTO、MOSFET、IGBT）的工作特性； (3)掌握各器件的参数设置方法，以及对触发信号的要求。
(3)（二）实验原理.................................................................................................... (3)（三）实验内容.................................................................................................... (3)（四）实验过程与结果分析 (3)1．仿真系统.................................................................................................... (3)2．仿真参数.................................................................................................... .. (4)3．仿真波形与分析.................................................................................................... .. (4)4．结论.................................................................................................... .. (10)实验二：可控整流电路.................................................................................................... .. (11)（一）实验目的.................................................................................................... . (11)（二）实验原理.................................................................................................... . (11)（三）实验内容.................................................................................................... . (11)（四）实验过程与结果分析 (12)1．单相桥式全控整流电路仿真系统，下面先以触发角为0度，负载为纯电阻负载为例.................................................................................................... .. (12)2．仿真参数.................................................................................................... (12)3．仿真波形与分析.................................................................................................... (14)实验三：交流-交流变换电路................................................................................................19（一）实验目的.................................................................................................... . (19)（三）实验过程与结果分析 (19)1）晶闸管单相交流调压电路 (19)实验四：逆变电路.................................................................................................... . (26)（一）实验目的.................................................................................................... . (26)（二）实验内容.................................................................................................... . (26)实验五：单相有源功率校正电路 (38)（一）实验目的.................................................................................................... . (38)（二）实验内容.................................................................................................... . (38)个性化作业：................................................................................................ . (40)（一）实验目的：................................................................................................ . (40)（二）实验原理：................................................................................................ . (40)（三）实验内容.................................................................................................... . (40)（四）结果分析：................................................................................................ . (44)（五）实验总结：................................................................................................ . (45)实验一：常用电力电子器件特性测试（一）实验目的：掌握几种常用电力电子器件（SCR、GTO、MOSFET、IGBT）的工作特性；掌握各器件的参数设置方法，以及对触发信号的要求。
电子技术学实验二 二极管特性PSPICE仿真实验
实验二二极管特性PSPICE仿真实验一、实验目的1. 掌握Pspice中电路图的输入和编辑方法；2. 学习Pspice中直流扫描设置、仿真、波形查看的方法；3. 进一步理解二极管、稳压二极管的工作原理，伏安特性；4. 学习负载线的画法、静态工作点的测量方法；5. 学习二极管工作时直流电阻及交流电阻的求法。
二、概述二极管是一种应用广泛的电路器件，它的工作原理是基于PN结的单向导电性。
当二极管加正向偏置时导通，有较大的电流，电阻小；当二极管加反向偏置时电流很小，电阻大。
二极管两端的电压和流过二极管的电流之间的关系称为二极管的伏安特性。
二极管特性可以应用晶体管特性图示仪、实验测量及Pspice仿真三种方法来获得，本实验应用第三种方法来方法二极管的伏安特性，二极管的伏安特性如图1所示。
图 1 二极管伏安特性二极管伏安特性包括正向特性、反向特性和反向击穿特性。
二极管正向导通时，其电流和电压的大小由正向特性确定。
由图2可确定二极管的工作点。
如图2所示，根据闭合电路的欧姆定律可得：D S D I R U U ⋅−=由于Us 和R 为常量，上式描述的U D -I D 关系是一条不通过坐标原点的直线。
将该直线叠加到二极管的正向特性曲线上，两者的交点就是二极管的工作点。
图 2 二极管的工作点稳压二极管也是一种二极管，但稳压二极管应用于反向偏置；通过稳压二极管伏安特性的仿真练习，进一步理解它的特性。
三、实验设备1. 计算机；2．ORCAD 10.5 软件；3. ORCAD 10.5培训教程（电子版） 洪永思编；4. PSpice-A brief primer Univesity of pennsylvania (电子版)5. D1N914二极管模型、D1N4731稳压二极管模型。
四、预习要求1. 阅读ORCAD 10.5培训教程及Pspice-A brief primer 资料；2. 复习教材中第一章二极管一节的理论课程内容；3. 学习有关二极管直流负载线、工作点、直流电阻、交流电阻的概念。
实验报告1(二极管器件仿真)
学生实验报告图二定义材料为硅electrodetopname=cathode#定义top电极为阴极，名称为cathodeelectrodebottomname=anode#定义bottom电极为阳极，名称为anode图三定义电极dopinguniformconc=5e17p.type#定义p区掺杂浓度，设为均匀掺杂图四P区掺杂dopinguniformn.typeconc=1.e20x.l=0.x.r=1y.t=0.0y.b=5 #定义n区掺杂浓度与所在空间范围图五N区、P区皆掺杂saveoutf=diodeex02_0.str#存储结构信息一（2）为击穿仿真设置模型modelssrhconmobbgnaugerfldmob#击穿仿真设置模型impactcrowell#激活crowell模型（3）曲线追踪参数的设置solveinit#解初始化solvevcathode=0.1#设置要进行曲线追踪的电极methodnewtontrapmaxtrap=10climit=1e-4#设置数值方法（4）反向电压曲线追踪仿真logoutf=diodeex02.log#设置输出文件solvevcathode=0.25vstep=0.25vfinal=10name=cathode #阴极电压从0.25V力口至U10V，步长0.25Vtonyplotdiodeex02.logtonyplotdiodeex02_0.str#绘图语句1017(2)表2不同N区浓度下器件结构和输出曲线(P区浓度5x10i7cm-3)浓度器件结构与杂质分布输出曲线cm-3103x1020五、实验结论与分析在本次实验中，通过绘制二极管基本结构这个案例，了解SilvacoTCAD器件仿真软件的使用，认识到器件仿真的设计流程与器件仿真器Atlas语法规则，通过绘制出电学特性图复习到二极管结构参数变化对电流电压特性的影响。
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。
实验一半导体器件特性仿真
DC Sweep-Primary Sweep设置 仿真三极管输出特性时的设置
DC Sweep-Secondary Sweep设置 仿真三极管输出特性时的设置
实验指导及结果 三极管输出特性曲线
三极管共射特性仿真参考电路设置
R1
2.5k Vbb 1Vdc
R2 1k
Q1 Vcc
20Vdc Q2N4123
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二极管的伏安特性曲线
DC Sweep- Secondny Sweep设置 仿真二极管温度特性时的设置
PROBE显示（三种不同温度）
30℃ 0℃
-10℃
二极管的温度特性曲线
Transient
对应于2个周期 开始仿真时刻
<周期的50分 之一可得到光 滑曲线，可缺
省
二极管仿真波形时瞬态分析设置
VSIN元件
电源信号可以选择： VSRC、VSIN、 VDC等
实验内容（一）
2、在直流分析中设置对温度的内嵌分析，仿真分析二 极管在不同温度下的伏安特性。
3、将电源V1用VSIN元件代替，并设置合适的元件参 数，仿真分析二极管两端的输出波形。
DC Sweep- Primary Sweep设置 仿真二极管伏安特性时的设置
共射输入特性:
iB f (uBE ) UCE 常数
共射输出特性: iC f (uCE ) IB 常数
0
共射输入特性:Primary Sweep设置
共射输入特性: Secondny Sweep设置
共射输出特性:Primary Sweep设置
共射输出特性: Secondny Sweep设置
共射输入特性--横坐标设置一
PROBE显示
proteus仿真实验实验总结
proteus仿真实验实验总结下载温馨提示：该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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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。
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。
VDMOS器件仿真设计实验
VDMOS器件仿真设计实验VDMOS（Vertical Double-diffused MOS）是一种垂直双扩散MOS器件，是一种用于功率电子的晶体管结构。
在设计VDMOS器件之前，进行仿真设计实验可以帮助我们更好地理解器件的性能特点和参数影响。
一、实验目的1.理解VDMOS器件结构和工作原理；2. 掌握使用Tcad软件进行器件仿真设计的基本方法；3.分析器件参数对性能的影响。
二、实验步骤和内容1.了解VDMOS器件的结构和工作原理，并绘制出器件的电路模型；2. 打开Tcad软件，创建一个新的工程；3.在设计仿真过程中，可以根据实验目的设置相应的参数，例如温度、电压、材料等；4.设计器件结构和材料参数，包括输入栅极、输出源极和衬底区的参数；5.确定仿真所需的边界条件和初始条件；6.运行仿真程序，得到器件的静态和动态特性曲线；7.分析不同参数对器件特性的影响，并进行比较；8.记录实验结果，撰写实验报告。
三、实验要点和注意事项1.在进行仿真之前，要对VDMOS器件的结构和工作原理有足够的了解；2.在设置器件参数时，要根据实验目的进行合理选择；3.在进行仿真时，要设置适当的边界和初始条件，以确保仿真结果的准确性；4.在分析和比较器件参数的影响时，要结合实际情况进行判断；5.在实验结果记录和实验报告撰写时，要详细描述实验过程、结果和分析。
四、实验结果分析通过VDMOS器件仿真设计实验，可以观察和分析器件的静态特性和动态响应。
在仿真过程中，可以调整输入栅极电压和输出源极电压，观察器件的输出特性曲线，包括电流-电压特性曲线、电容-电压特性曲线等。
通过这些特性曲线，可以分析不同参数对器件性能的影响，例如温度对击穿电压的影响、栅极电压对输出电流的影响等。
通过仿真实验的比较分析，可以得到一些设计和优化的指导原则，以提高器件的性能和可靠性。
实验报告的撰写应包括实验目的、实验步骤、实验结果的描述、结果的分析和结论等内容。
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。
实验3.1 常用电子仪器的使用Multisim仿真实验
图3-10 相位差仿真波形图
实验3.1 常用电子仪器的使用
五、实验室操作实验内容
1. 数字万用表的使用：直流电压；电阻； 电流 2. 示波器自检 3. 信号发生器、示波器的使用 4. 测量两波形间相位差
三、实验原理
图* 示波器DS1052前面板图及触发设置
实验3.1 常用电子仪器的使用
三、实验原理
图* 示波器显示屏界面及耦合方式设置
实验3.1 常用电子仪器的使用
三、实验原理
图* 测量菜单界面
实验3.1 常用电子仪器的使用
三、实验原理
3. RC 串联交流电路相位差原理
L
arctg(
fL
/
f
)
arctg
实验3.1 常用电子仪器的使用
三、实验原理
1.常用电子仪器的连接
共地
图3-1 模拟电子电路中常用电子仪器布局图
实验3.1 常用电子仪器的使用
三、实验原理
2.常用电子仪器
图* 万用表测电阻
图* 万用表测电容
实验3.1 常用电子仪器的使用
三、实验原理
图* 函数信号发生器DG1012前面板图
实验3.1 常用电子仪器的使用
1 2fRC
测量值
X (div) 360 0 X T (div)
测量值
t TLeabharlann 3600图3-3 双踪示波器显示两相位不同的正弦波
实验3.1 常用电子仪器的使用
四、计算机仿真实验内容
XFG1
C1 0.01µF
XSC1
A +_
B +_
Ext Trig +
_
R1 10kΩ
图3-8 相位差测试仿真电路图
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。
二极管特性仿真实验报告
二极管特性仿真实验报告二极管是一种最简单的半导体器件，具有单向导电性能。
本次实验旨在探究二极管的特性，并通过仿真实验来验证实验结果。
实验设备及器件：1. PSpice软件2.二极管（例如1N4007）3.直流电源（例如12V）4.滑动变阻器5.多用表实验步骤：1. 首先，通过绘制电路图，在PSpice软件上搭建二极管电路。
电路图中包含一个二极管、一个滑动变阻器和一个直流电源。
2.设计电路参数。
将直流电源的电压设置为12V，二极管的正向电流设置为10mA。
3. 进行仿真。
设置仿真条件，例如仿真时间为1ms。
4.查看仿真结果。
通过波形图观察二极管在不同工作状态下的特性。
实验结果：1.正向工作状态的特性。
将滑动变阻器设为正向工作状态，即滑动变阻器与电源正极相连。
在仿真结果中，观察到二极管正向电流为10mA，负载电压为0.7V左右。
此时，二极管处于正向导通状态。
2.反向工作状态的特性。
将滑动变阻器设为反向工作状态，即滑动变阻器与电源负极相连。
在仿真结果中，观察到二极管反向电流几乎为0A，负载电压为0V。
此时，二极管处于反向截止状态。
实验分析及讨论：1.正向工作状态的特性。
当二极管处于正向导通状态时，正向电流会通过二极管而导通。
由于二极管具有单向导电性，所以导通时会引起一定的压降，通常为0.7V。
这也是为什么正向电压较高时，二极管能够导通而不会被烧毁。
2.反向工作状态的特性。
当二极管处于反向截止状态时，反向电流几乎为0A，导致负载端电压为0V。
二极管的截止电压一般为几伏，当反向电压超过这个值时，二极管就会失去单向导电性，即产生击穿现象，导致电流大幅增加，可能会烧毁二极管。
实验结论：通过本次实验，我们验证了二极管的特性，并通过仿真实验观察了正向工作状态和反向工作状态下二极管的特性。
正向工作状态下，二极管具有正向导通特性，反向工作状态下，二极管具有反向截止特性。
在工程设计中，我们需要注意二极管的正向最大电流、正向最大电压和反向截止电压等参数，以确保二极管能够正常工作并不会发生损坏。
器件mc仿真方法
器件mc仿真方法一、了解MC仿真的基本概念。
咱得先搞清楚啥是MC仿真哈。
MC仿真，简单来说呢，就是蒙特卡洛仿真。
它就像是一个超级智能的“模拟小助手”，通过随机抽样和统计分析的方法，来模拟器件在各种条件下的行为。
比如说，咱想知道一个电子器件在不同温度、电压下的性能表现，就可以用MC仿真来模拟这些情况，然后得到相应的数据和结果。
这就好比咱不用真的去把器件放在各种复杂环境里去测试，在电脑上就能提前知道它大概会有啥反应啦，是不是很神奇？二、准备工作。
在开始进行器件mc仿真之前，咱得做好一些准备工作哈。
1. 选择合适的仿真软件。
市面上有好多仿真软件可供咱选择呢，像Silvaco、Sentaurus这些都挺常用的。
咱得根据自己的需求和研究方向来挑选。
比如说，要是咱研究的是半导体器件，那Silvaco可能就比较合适，因为它在半导体器件仿真方面功能很强大。
选好软件之后呢，还得花点时间熟悉一下它的操作界面和基本功能，这样后面用起来才顺手。
2. 建立器件模型。
这一步就像是给咱要仿真的器件画一幅精确的“画像”。
咱得根据器件的实际结构和物理特性，在仿真软件里建立起对应的模型。
比如说，对于一个晶体管，咱得把它的源极、漏极、栅极这些部分都准确地画出来，还要考虑到它的材料特性、几何尺寸等因素。
这可需要咱对器件的知识有一定的了解哦，不然这“画像”画得不准，后面的仿真结果也会不靠谱的。
3. 设置仿真参数。
参数设置就像是给咱的仿真实验定规则。
咱得根据研究目的和实际情况，设置好各种参数，比如温度、电压范围、掺杂浓度等等。
这些参数的设置可不能随便来，得有一定的依据。
比如说，要是咱研究的是器件在高温环境下的性能，那温度参数就得设置得高一些。
而且，不同的参数之间可能还会相互影响，所以咱得仔细考虑，尽量让设置的参数符合实际情况。
三、进行MC仿真。
准备工作都做好了，接下来就可以正式开始仿真啦！1. 运行仿真程序。
在仿真软件里，咱找到运行仿真的按钮，点一下，就相当于启动了这个“模拟小助手”，让它开始干活啦。
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半导体器件基础实验
1.实验目的
通过利用EDA工具对肖特基二极管进行模拟仿真，并通过利用控制变量法，通过对影响PN结特性的一些因素的调节，观察其对PN结特性的影响。
2.实验概述
1、改变掺杂浓度对肖特基二极管I-V 曲线的影响
2、改变金属功函数对肖特基二极管I-V 曲线的影响
3、改变温度对肖特基二极管I-V 曲线的影响
4、改变N区分布函数对肖特基二极管I-V 曲线的影响
3.实验内容
1.N 区浓度对 IV 曲线及结构的影响
6e18
6e10
N型轻掺杂浓度为6e10
# (c) Silvaco Inc., 2013
go atlas
mesh space.mult=1.0
#绘制x向网格
x.meshloc=0.00 spac=0.5
x.meshloc=3.00 spac=0.2
x.meshloc=5.00 spac=0.25
x.meshloc=7.00 spac=0.25
x.meshloc=9.00 spac=0.2
x.meshloc=12.00 spac=0.5
#绘制y向网格
y.meshloc=0.00 spac=0.1
y.meshloc=1.00 spac=0.1
y.meshloc=2.00 spac=0.2
y.meshloc=5.00 spac=0.4
# 用硅半导体作衬底
region num=1 silicon
# 定义电极
electr name=anode x.min=5 length=2
electr name=cathode bot
#.... N-epi doping N型掺杂
doping n.typeconc=6e10 uniform
#.... Guardring doping P型掺杂
doping p.typeconc=1e19 x.min=0 x.max=3 junc=1 rat=0.6 gauss
doping p.typeconc=1e19 x.min=9 x.max=12 junc=1 rat=0.6 gauss
#.... N+ doping N型重掺杂浓度21
doping n.typeconc=1e21x.min=0 x.max=12 y.top=2 y.bottom=5 uniform
# 存储结构文件并展示
save outf=diodeex01_0.str
tonyplot diodeex01_0.str -set diodeex01_0.set
#功函数为4.97的情况
model conmobfldmobsrh auger bgn
contact name=anode workf=4.97
# 对电极加电压为0v
solve init
method newton
#保存数据文件并展示
log outfile=diodeex01.log
solve vanode=-1 vstep=0.05 vfinal=1 name=anode tonyplot diodeex01.log -set diodeex01_log.set
quit
掺杂浓度变小，导电能力减弱，电流减小。
2、改变金属功函数
功函数为6
功函数为6.3
功函数为6.5
# (c) Silvaco Inc., 2013
go atlas #go用来退出和启动atlas仿真器
mesh space.mult=1.0
#设置初始网格均匀分布，为0.1微米
#
x.mesh loc=0.00 spac=0.5
#设置X方向网格：从以0.5为间隔的x=0.00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。
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.mesh loc=0.00 spac=0.1
#设置y方向的网格信息
y.mesh loc=1.00 spac=0.1
y.mesh loc=2.00 spac=0.2
y.mesh loc=5.00 spac=0.4
#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
region num=1 silicon
#定义区域
electr name=anode x.min=5 length=2
#定义电极
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=diodeex01_0.str
tonyplot diodeex01_0.str -set diodeex01_0.set
model conmob fldmob srh auger bgn
contact name=anode workf=6
#设置肖特基接触，功函数大小为6
solve init
method newton
log outfile=diodeex01.log
solve vanode=0.05 vstep=0.05 vfinal=1 name=anode
#电学仿真简单地将阳极电压以间隔为0.05V升至1.0V
tonyplot diodeex01.log -set diodeex01_log.set
quit
3、改变温度
温度500k
温度700k
温度900k
温度对肖特基二极管 I-V 曲线的影响可以忽不计
# (c) Silvaco Inc., 2013
go atlas
mesh space.mult=1.0
#绘制x向网格
x.meshloc=0.00 spac=0.5
x.meshloc=3.00 spac=0.2
x.meshloc=5.00 spac=0.25
x.meshloc=7.00 spac=0.25
x.meshloc=9.00 spac=0.2
x.meshloc=12.00 spac=0.5
#绘制y向网格
y.meshloc=0.00 spac=0.1
y.meshloc=1.00 spac=0.1
y.meshloc=2.00 spac=0.2
y.meshloc=5.00 spac=0.4
# 用硅半导体作衬底
region num=1 silicon
# 定义电极
electr name=anode x.min=5 length=2
electr name=cathode bot
#.... N-epi doping N型掺杂
doping n.typeconc=5.e16 uniform
#.... Guardring doping P型掺杂
doping p.typeconc=1e19 x.min=0 x.max=3 junc=1 rat=0.6 gauss
doping p.typeconc=1e19 x.min=9 x.max=12 junc=1 rat=0.6 gauss
#.... N+ doping N型重掺杂
doping n.typeconc=1e20 x.min=0 x.max=12 y.top=2 y.bottom=5 uniform
# 存储结构文件并展示
save outf=diodeex01_0.str
tonyplot diodeex01_0.str -set diodeex01_0.set
#温度为900k
model conmobfldmobsrh auger bgn
bgn temperature=900
contact name=anode workf=4.97
# 对电极加电压为0v
solve init
method newton
#保存数据文件并展示
log outfile=diodeex01.log
solve vanode=-1 vstep=0.05 vfinal=1 name=anode
tonyplot diodeex01.log -set diodeex01_log.set
quit
4、改变N区分布函数
高斯分布
误差函数分布
两种分布没有明显区别
4.实验总结
通过这次的实验，首先我们学会了如何使用EDA工具仿真出PN结模型，模拟出温度特性曲线等。
同时我们又通过修改调整部分因素，如正反偏条件，温度等，在原有肖特基二极管仿真代码的基础上，对PN结在正偏压、负偏压条件下的I-V 特性进行仿真，并通过模拟出I-V特性曲线来观察了这些因素对PN结特性的影响。
最终得知掺杂浓度和金属功函数对肖特基二极管的影响幅度相对于分布函数和环境温度更大。