半导体器件模拟仿真
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所谓建模就是用数学方式抽象地总结出客观事物发展的一般规律。
仿真是在这个一般规律的基础上，对某事物在特定条件下的行动 进行推演和预测。
因此可以说建模是仿真的基础，仿真是随着建模的发展而发展的。
建模和仿真的关系可以比作程序设计中算法和语言的关系。
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（2）什么是半导体器件仿真？ 那么像电子IT行业里面的仿真软件按用途分是多种多样的。仅仅是 集成电路这个行业来讲，就分电路仿真、器件仿真、工艺仿真等。 再深入下去研究，研究固体物理学，半导体物理学也都有相关的仿 真软件可以进行原子、分子级别的仿真。
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Sentaurus TCAD Sentaurus Process 整合了： ⑴Avanti 公司的Tsuprem系列工艺级仿真工具（Tsupremⅰ，Tsupremⅱ， Tsupremⅲ 只能进行一维仿真，到了第四代的商业版Tsuprem4能够完成二维模拟）以及Taurus Process 系列工艺级仿真工具； (2)ISE Integrated Systems Engineering公司的ISE TCAD 工艺级仿真工具Dios（二维） FLOOPS-ISE（三维）以及 Ligament（工艺流程编辑） 系列工具，将一维、二维和
五、半导体工艺仿真软件使用
4学时+4学时上机
六、MOS工艺及器件仿真
4学时+4学时上机
七、总结与复习
2学时+4学时上机
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一、概论：半导体仿真概述 Introduction of Semiconductor Simulation
1. 这门课是研究什么的？
（1）什么是仿真？
仿真和另外一个词汇建模（modeling）是密不可分的。
半导体器件模型与仿真
Semiconductor Device Models and Simulation
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平时：30% 上机+考试：70%
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内容大纲
一、 半导体仿真概述
2学时
二、 半导体器件仿真软件使用 2学时+2学时上机
三、 Diode器件仿真
2学时+2学时上机
四、BJT器件仿真
4学时+4学时上机
核心部分是模型库的建立，精度，处理速度需要通过算法来调节。 一个半导体仿真器弄能是否强劲，就是看模型库是否强大。所以 它是随着对半导体理论的探索和对实验数据的累计的发展而发展 的。
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2. 在整个学科中所处的位置是什么？
从纵向来讲，和其他CAD类或仿真类课程一样，它是基础理论知 识和实际生产的链接点。
包括工艺仿真和器件电学特性仿真两个部分。
研究单个元器件从生产工艺到性能特性的。
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（3） 什么是半导体器件仿真器？
前面提及的理论基础不仅仅是同学们学习这门功课所需要的 前期基础知识，也同样是开发仿真软件中最需要的理论基础。为 什么呢？ 因为仿真实质上是通过仿真器来完成的。
一般仿真器实质上等于（输入接口+模型库+算法+输出接口）
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4.学习这门功课需要哪些准备？ 半导体物理学 半导体器件物理学、MOS、BJT、Diode、功率器件等 集成电路工艺技术 简单的电路基础。
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5. 学到什么程度？具体学什么？
掌握模拟仿真软件的使用，对半导体器件的特性进行模拟和分析。 具体为：
1. 复习现有以硅为主的超大规模集成电路工艺技术。学习工艺仿 真软件的使用方法 （氧化、扩散、离子注入、淀积、刻蚀、光刻等）
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。
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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。
1969年： D．P．Kennedy和R.R.O’Brien第一个用二维数值方法研究了JFET。 J．W．Slotboom用二维数值方法研究了晶体管的DC特性。
从此以后，大量文章报导了二维数值分析在不同情况和不同器件
中的应用。相应地也有各种成熟的模拟软件，如CADDET和
MINIMOS等。
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7. 可选择的工艺及器件仿真工具简介
从横向来讲， 电路模拟、工艺模拟、器件模拟之间的关系可以用下 面的结构图来表示
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本门课程 重点学习部分
工艺描述
工艺仿真
(Process Simulation)
几何结构及掺杂
器件仿真
(Device Simulation)
电学特性
IC电路特性
器件模拟参数提取
(Device parameter extraction tools)
2. 熟悉并学会使用器件仿真软件 （1）学习如何用仿真语句编写器件的结构特征信息 （2）学习如何使用atlas器件仿真器进行电学特性仿真
3. 对半导体工艺仿真及器件仿真中所用到的模型加以了解
4*. 利用工艺器件仿真软件，培养和锻炼工艺流程设计和新器件开
发设计等方面的技能。
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6. 半导体器件仿真的历史发展
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如前图所表，这个器件仿真在逻辑上是基础于电路仿真的。
工艺仿真可以实现离子注入、氧化、刻蚀、光刻等工艺过程的 模拟。 可以用于设计新工艺，改良旧工艺。
器件仿真可以实现电学特性仿真，电学参数提取。 可以用于设计新型器件，旧器件改良，验证器件的电学特性。
如MOS晶体管，二极管，双极性晶体管等等。提取器件参数， 或建立简约模型以用于电路仿真。
电路模拟用器件模型参数
IC电路仿真
(IC Circuit Simulation)
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Βιβλιοθήκη Baidu
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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。
1949年： 半导体器件模拟的概念起源于此年肖克莱（Shockley）发表的论文， 这篇文章奠定了结型二级管和晶体管的基础。但这是一种局部分 析方法，不能分析大注入情况以及集电结的扩展。
1964年： 古默尔（H.K.Gummel）首先用数值方法代替解析方法模拟了一维 双极晶体管，从而使半导体器件模拟向计算机化迈进。
仿真是在这个一般规律的基础上，对某事物在特定条件下的行动 进行推演和预测。
因此可以说建模是仿真的基础，仿真是随着建模的发展而发展的。
建模和仿真的关系可以比作程序设计中算法和语言的关系。
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（2）什么是半导体器件仿真？ 那么像电子IT行业里面的仿真软件按用途分是多种多样的。仅仅是 集成电路这个行业来讲，就分电路仿真、器件仿真、工艺仿真等。 再深入下去研究，研究固体物理学，半导体物理学也都有相关的仿 真软件可以进行原子、分子级别的仿真。
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Sentaurus TCAD Sentaurus Process 整合了： ⑴Avanti 公司的Tsuprem系列工艺级仿真工具（Tsupremⅰ，Tsupremⅱ， Tsupremⅲ 只能进行一维仿真，到了第四代的商业版Tsuprem4能够完成二维模拟）以及Taurus Process 系列工艺级仿真工具； (2)ISE Integrated Systems Engineering公司的ISE TCAD 工艺级仿真工具Dios（二维） FLOOPS-ISE（三维）以及 Ligament（工艺流程编辑） 系列工具，将一维、二维和
五、半导体工艺仿真软件使用
4学时+4学时上机
六、MOS工艺及器件仿真
4学时+4学时上机
七、总结与复习
2学时+4学时上机
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一、概论：半导体仿真概述 Introduction of Semiconductor Simulation
1. 这门课是研究什么的？
（1）什么是仿真？
仿真和另外一个词汇建模（modeling）是密不可分的。
半导体器件模型与仿真
Semiconductor Device Models and Simulation
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平时：30% 上机+考试：70%
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内容大纲
一、 半导体仿真概述
2学时
二、 半导体器件仿真软件使用 2学时+2学时上机
三、 Diode器件仿真
2学时+2学时上机
四、BJT器件仿真
4学时+4学时上机
核心部分是模型库的建立，精度，处理速度需要通过算法来调节。 一个半导体仿真器弄能是否强劲，就是看模型库是否强大。所以 它是随着对半导体理论的探索和对实验数据的累计的发展而发展 的。
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2. 在整个学科中所处的位置是什么？
从纵向来讲，和其他CAD类或仿真类课程一样，它是基础理论知 识和实际生产的链接点。
包括工艺仿真和器件电学特性仿真两个部分。
研究单个元器件从生产工艺到性能特性的。
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（3） 什么是半导体器件仿真器？
前面提及的理论基础不仅仅是同学们学习这门功课所需要的 前期基础知识，也同样是开发仿真软件中最需要的理论基础。为 什么呢？ 因为仿真实质上是通过仿真器来完成的。
一般仿真器实质上等于（输入接口+模型库+算法+输出接口）
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4.学习这门功课需要哪些准备？ 半导体物理学 半导体器件物理学、MOS、BJT、Diode、功率器件等 集成电路工艺技术 简单的电路基础。
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5. 学到什么程度？具体学什么？
掌握模拟仿真软件的使用，对半导体器件的特性进行模拟和分析。 具体为：
1. 复习现有以硅为主的超大规模集成电路工艺技术。学习工艺仿 真软件的使用方法 （氧化、扩散、离子注入、淀积、刻蚀、光刻等）
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。
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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。
1969年： D．P．Kennedy和R.R.O’Brien第一个用二维数值方法研究了JFET。 J．W．Slotboom用二维数值方法研究了晶体管的DC特性。
从此以后，大量文章报导了二维数值分析在不同情况和不同器件
中的应用。相应地也有各种成熟的模拟软件，如CADDET和
MINIMOS等。
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7. 可选择的工艺及器件仿真工具简介
从横向来讲， 电路模拟、工艺模拟、器件模拟之间的关系可以用下 面的结构图来表示
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本门课程 重点学习部分
工艺描述
工艺仿真
(Process Simulation)
几何结构及掺杂
器件仿真
(Device Simulation)
电学特性
IC电路特性
器件模拟参数提取
(Device parameter extraction tools)
2. 熟悉并学会使用器件仿真软件 （1）学习如何用仿真语句编写器件的结构特征信息 （2）学习如何使用atlas器件仿真器进行电学特性仿真
3. 对半导体工艺仿真及器件仿真中所用到的模型加以了解
4*. 利用工艺器件仿真软件，培养和锻炼工艺流程设计和新器件开
发设计等方面的技能。
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6. 半导体器件仿真的历史发展
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如前图所表，这个器件仿真在逻辑上是基础于电路仿真的。
工艺仿真可以实现离子注入、氧化、刻蚀、光刻等工艺过程的 模拟。 可以用于设计新工艺，改良旧工艺。
器件仿真可以实现电学特性仿真，电学参数提取。 可以用于设计新型器件，旧器件改良，验证器件的电学特性。
如MOS晶体管，二极管，双极性晶体管等等。提取器件参数， 或建立简约模型以用于电路仿真。
电路模拟用器件模型参数
IC电路仿真
(IC Circuit Simulation)
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Βιβλιοθήκη Baidu
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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。
1949年： 半导体器件模拟的概念起源于此年肖克莱（Shockley）发表的论文， 这篇文章奠定了结型二级管和晶体管的基础。但这是一种局部分 析方法，不能分析大注入情况以及集电结的扩展。
1964年： 古默尔（H.K.Gummel）首先用数值方法代替解析方法模拟了一维 双极晶体管，从而使半导体器件模拟向计算机化迈进。