半导体器件模拟仿真
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。
虚拟仿真实验在半导体器件物理实验中的应用探究
总第494期Vol.4942020年12月Dec.2020大学(教学与教育)University(Teaching&Education)虚拟仿真实验在半导体器件物理实验中的应用探究段小玲，王树龙，许晟瑞(西安电子科技大学微电子学院，陕西西安710071)摘要:半导体器件物理实验是微电子与集成电路专业的核心专业实验，具有实践性强及技术更新快的特点，而真实实验环节存在实验设备昂贵、安全风险和器件内部特征与参数信息难以获得等问题。
西安电子科技大学微电子学院实验中心把虚拟仿真实验应用到半导体器件物理实验当中，作为真实实验的有效补充，通过虚实结合的实验模式探索，解决了经费有限、安全风险和教学内容前沿创新不足等问题，积极促进了高水平、高素质、强能力的集成电路人才培养。
关键词:虚拟仿真;半导体器件物理实验;虚实结合中图分类号:G642.0文献标识码:A文章编号:1673-7164(2020)48-0075-03半导体器件是集成电路芯片的核心部分,其性能高低主导着芯片的整体性能。
半导体器件物理实验是微电子与集成电路专业的一门基础实验课，其涉及的实验设备相对昂贵,受到经费预算、场地空间、安全风险、试错成本、实验课时以及半导体器件本身结构特点等条件的限制,真实实验很难实现学生人手一台设备实验，使其在有限的实践环节中充分理解实验原理、进行实验操作并对实验结果进行全面深刻地分析。
为了解决实验课中普遍存在的问题，各大高校致力于实验室建设、团队建设、实验教学内容和教学模式改革探索和实践研究2〕。
西安电子科技大学微电子学院微电子与集成电路实验中心通过专业基础实验室重构和虚拟仿真实验室建设的多年探索，取得了一些教学改革经验叫进行了系列虚拟仿真实验建设和探索。
例如，把虚拟仿真实验应用到半导体器件物理实验当中，借助虚拟仿真技术“层层”剖析半导体器件,宜观、形象地展现出半导体器件内部不同方向上结构和参数的变化规律,增强学生对半导体器件结构、特性和原理的把握，弥补了传统实验教学存在的不足，使半导体器件物理实验教学更加高效。
半导体工艺及器件仿真工具Sentaurus_TCAD
(5) 输出说明语句
color: 用于设定、填充被仿真的器件结构中某特定区域杂质 浓度等值曲线的颜色。 contour: 用于设臵二维浓度剖面等值分布曲线的图形输出。 graphics: 启动或更新Sentaurus Process已经设臵的图形输出。 layers: 用于打印器件结构材料的边界数据和相关数据。 print.1d: 沿器件结构的某一维方向打印相关数据。 plot.1d: 沿器件结构的某一维方向输出某些物理量之间的变化曲线。 plot.2d: 输出器件结构中二维浓度剖面分布曲线。 plot.tec: 启动或更新Sentaurus Process–Tecplot SV所输出的 一维、二维和 三维图形。 print.data: 以x、y、z的坐标格式打印数据。 writePlx: 设臵输出一维掺杂数据文件。 struct: 设臵网格结构及求解信息。
的基础上，又做了一些重要的改参数数据库浏览器（PDB），为用户提供了 修改模型参数和增加模型的方便途径。
• 增加了一维模拟结果输出工具Inspect和二维、三维模拟结
果输出工具（Tecplot SV）。 • 增加了小尺寸模型。这些小尺寸模型主要有： − 高精度刻蚀模型，
2017/8/1
2/117
Sentaurus简介
Sentaurus Process和Sentaurus Device可以支持的仿真器 件类型非常广泛，包括CMOS，功率器件，存储器，图
像传感器，太阳能电池，和模拟/射频器件。
Sentaurus TCAD还提供互连建模和参数提取工具，为 优化芯片性能提供关键的寄生参数信息。
2017/8/1
3/117
Sentaurus TCAD的启动
1-2NMOS器件仿真
1.2使用ATLAS的NMOS器件仿真1.2.1ATLAS概述ATLAS是一个基于物理规律的二维器件仿真工具，用于模拟特定半导体结构的电学特性，并模拟器件工作时相关的内部物理机理。
ATLAS可以单独使用，也可以在SILVACO’s VIRTUAL WAFER FAB仿真平台中作为核心工具使用。
通过预测工艺参数对电路特性的影响，器件仿真的结果可以与工艺仿真和SPICE 模型提取相符。
1ATLAS输入与输出大多数ATLAS仿真使用两种输入文件：一个包含ATLAS执行指令的文本文件和一个定义了待仿真结构的结构文件。
ATLAS会产生三种输出文件：运行输出文件(run-time output)记录了仿真的实时运行过程，包括错误信息和警告信息；记录文件(log files)存储了所有通过器件分析得到的端电压和电流；结果文件(solution files)存储了器件在某单一偏置点下有关变量解的二维或三维数据。
2ATLAS命令的顺序在ATLAS中，每个输入文件必须包含按正确顺序排列的五组语句。
这些组的顺序如图1.52所示。
如果不按照此顺序，往往会出现错误信息并使程序终止，造成程序非正常运行。
图1.52ATLAS命令组以及各组的主要语句3开始运行ATLAS要在DECKBUILD下开始运行ATLAS，需要在UNIX系统命令提示出现时输入：deckbuild-as&命令行选项-as指示DECKBUILD将ATLAS作为默认仿真工具开始运行。
在短暂延时之后，DECKBUILD将会出现，如图1.53所示。
从DECKBUILD输出窗口可以看出，命令提示已经从ATHENA变为了ATLAS。
图1.53ATLAS的DECKBUILD窗口4在ATLAS中定义结构在ATLAS中，一个器件结构可以用三种不同的方式进行定义：1.从文件中读入一个已经存在的结构。
这个结构可能是由其他程序创建的，比如ATHENA或DEVEDIT；2.输入结构可以通过DECKBUILD自动表面特性从ATHENA或DEVEDIT转化而来；3.一个结构可以使用ATLAS命令语言进行构建。
Silvaco器件仿真资料
工艺描述
几何结构及掺杂
电学特性
器件模拟参数提取
(Device parameter extraction tools)
IC电路特性 IC电路仿真
(IC Circuit Simulation)
电路模拟用器件模型参数
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。
（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。
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。
材料定义、 结构定义指令
athena之外的另一种可以生成器件信息的工具。
与devedit类似，用atlas器件仿真器语言编写器件信息。
与devedit不同的是需要编程操作，没有图形操作界面。
结构材料定义：
• Mesh(网格)
• Region(区域) • Electrode(电极) • Doping(掺杂) • Material(材料)
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。 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。
半导体工艺及器件仿真工具SentaurusTCAD
器件仿真在半导体产业中具有重要地位，是缩短研发周期、降低成本和提 高产品性能的关键手段。
Sentaurus TCAD的器件仿真功能
01
Sentaurus TCAD是一款功能 强大的半导体器件仿真软件， 支持多种器件类型和工艺流程 的仿真。
02
Sentaurus TCAD具备高精度 、高可靠性和高效率的仿真能 力，能够模拟器件的物理特性 、电学性能和可靠性等方面。
03
Sentaurus TCAD还提供了丰 富的后处理和可视化工具，方 便用户对仿真结果进行分析和 评估。
器件仿真案例分析
案例一
模拟不同掺杂浓度对MOSFET阈值电压的影响。通过仿真发现，随着掺杂浓度的增加，阈值电压 逐渐降低。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
精确度高
Sentaurus TCAD能够提供高精度的仿真 结果，模拟各种半导体器件的电学、热 学和光学特性。
VS
功能强大
Sentaurus TCAD支持多种半导体工艺和 器件类型，包括CMOS、MEMS、太阳 能电池等。
Sentaurus TCAD的优势与不足
• 用户友好：Sentaurus TCAD提供了直观 的用户界面和丰富的文档支持，方便用户 学习和使用。
案例二
探究不同材料对太阳能电池性能的影响。通过对比硅基太阳能电池和铜基太阳能电池的仿真结果 ，发现铜基太阳能电池具有更高的光电转换效率。
案例三
模拟MEMS传感器在不同温度下的性能表现。通过仿真发现，随着温度的升高，MEMS传感器的 灵敏度逐渐降低。
04 Sentaurus TCAD与其他 仿真工具的比较
gan的tcad仿真模拟案例
TCAD（Technology Computer-Aided Design）是一种半导体制造中常用的工具，它可以通过计算机模拟和仿真来帮助工程师设计和优化半导体器件结构。
GAN（Gallium Nitride）作为一种新型半导体材料，具有很高的电子迁移率和较高的电子饱和漂移速度，被广泛应用在功率电子器件中。
而在GAN半导体器件的制造过程中，TCAD仿真模拟则扮演着非常重要的角色。
一、GAN材料特性1. GAN材料的晶体结构GAN材料是一种III-V族化合物半导体材料，具有锌摩激子结构，由氮原子和镓原子组成。
其晶体结构对于半导体器件的性能有着重要的影响。
2. GAN的优点和应用GAN材料具有较高的电子迁移率和较高的电子饱和漂移速度，适合用于功率器件和高频器件中。
其优点主要体现在高频特性、抗辐射性和高温特性等方面。
二、TCAD仿真在GAN器件制造中的作用1. TCAD仿真的基本原理TCAD仿真是通过建立半导体器件的模型，利用计算机模拟和数值求解来预测器件的性能。
在GAN器件的制造过程中，TCAD仿真可以帮助工程师预测器件的性能和优化器件结构。
2. TCAD仿真在GAN器件制造中的具体应用通过TCAD仿真，可以对GAN器件的电场分布、载流子分布以及器件的电性能进行模拟和分析。
这些数据对于优化器件结构、提高器件性能具有重要的指导意义。
三、GAN的TCAD仿真模拟案例以某公司新研发的GAN功率器件为例，通过TCAD仿真进行电场分布和载流子分布的模拟。
通过对器件结构和材料参数的优化，提高器件的性能并降低功耗。
通过TCAD仿真模拟，可以得到器件的电场分布图和载流子分布图，从而全面了解器件的工作情况。
工程师可以根据仿真结果对器件结构进行优化，提高器件的性能，并加快产品的研发进程。
四、个人观点和总结回顾通过对GAN的TCAD仿真模拟案例的分析，我深刻认识到TCAD仿真在半导体器件制造中的重要作用。
在新材料和新器件的研发过程中，TCAD仿真可以帮助工程师优化器件结构，提高器件的性能，并加快产品的研发进程。
实验一半导体器件仿真实验
实验一、半导体器件仿真实验实验一、半导体器件仿真实验一、实验目的(1) 熟悉multisim10软件的使用方法(2) 学会用multisim10软件进行仿真测试及绘制三极管的输出特性曲线 (3) 掌握半导体二极管的伏安特性 (4) 掌握半导体三极管的输出特性二、计算机仿真实验内容2.1半导体二极管伏安特性仿真实验（1）二极管正向特性测试仿真电路如图1.1所示。
改变RW阻值的大小，可以改变二极管两端正向电压的大小，从而其对应的正向特性参数。
1Rw1.5kΩ50%Key=AV13 V 2R2100ΩU1DC 10MW3+U31.840m-A4DC 1e-009WD11N916++0.810-V0.626-VU2DC 10MW0图1.1 测试二极管正向伏安特性实验电路在仿真电路图1.1中，依次设置滑动变阻器RW触点至下端间的电阻值，调整二极管两端的电压。
启动仿真开关，将测得的VD、ID及换算的rD的数值填入表1.1中，研究分析仿真数据。
表1.1 二极管正向伏安特性测量数据10% 20% 30% 50% 70% 90% VD/mV ID/mA rD? VD/? ID （1）二极管反向特性测试仿真电路如图1.2所示。
改变RW阻值的大小，可以改变二极管两端反向电压的大小，从而其对应的反向特性参数。
1Rw1.5kΩ50%Key=AV1125 V +2R1100ΩU33+7.105u-A4D11N916DC 1e-009W62.492-VU1DC 10MW+62.490-VU2DC 10MW0图2 测试二极管反向伏安特性实验电路在仿真电路图1.2中，依次设置滑动变阻器RW触点至下端间的电阻值，调整二极管两端的电压。
启动仿真开关，将测得的VD、ID及换算的rD的数值填入表1.2中，研究分析仿真数据。
表1.2 二极管反向伏安特性测量数据 RW VD/mV ID/mA 10% 20% 30% 50% 70% 90% rD?VD/? ID最后通过比较表1.1和表1.2数据得出二极管的伏安特性。
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。
半导体器件模拟仿真
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。
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） 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
半导体器件模型与仿真
Semiconductor Device Models and Simulation
平时：30% 上机+考试：70%
内容大纲
一、 半导体仿真概述 二、 半导体器件仿真软件使用 三、 Diode器件仿真 四、BJT器件仿真 五、半导体工艺仿真软件使用 六、MOS工艺及器件仿真 七、总结与复习 2学时 2学时+2学时上机 2学时+2学时上机 4学时+4学时上机 4学时+4学时上机 4学时+4学时上机 2学时+4学时上机
上半部分的文本窗口用来创建和编辑 仿真程序的输入窗口。 中间是程序控制窗口 下半部分的窗口是运行时用来显示 仿真器的输出信息。
（2）程序实例 为了熟悉deckbuild下运行athena 的机制，我们来打开和运行一些 程序实例。 点击菜单 Main Control, 在下拉菜单中再点击 Examples…， 会出现子窗口Deckbuild:examples 所有实例都列在菜单”sectionex01.in 被选中的输入文件的描述将会出现在示例 窗口中，如图所示 这些描述包括 a. b. c. d. 运行本例所需要的软件模块 提供本例演示概貌 描述本例所使用的仿真命令 描述本例运行结束后显示出来的结果
微电子器件的模拟仿真与设计研究
微电子器件的模拟仿真与设计研究一、引言微电子器件是电子科技领域的重要组成部分，它的研究与应用对当今社会的科技发展及经济建设有着重要的作用。
其中，模拟仿真与设计是微电子器件研究中不可或缺的环节，它能够大大提高器件设计的效率与可靠性，同时还能帮助研究者更深入地理解器件的原理与特性。
因此，本文将探讨微电子器件的模拟仿真与设计研究，分别从理论与实践两个方面进行论述。
二、微电子器件的理论基础微电子器件的理论基础主要包括半导体物理学、电路理论、电子学、微系统技术等方面。
其中，半导体物理学是微电子器件研究的基础，它涉及到了半导体材料的特性、电子、空穴的特性分布，掺杂与扩散等重要知识，对于微电子器件的设计与仿真有着至关重要的影响。
电路理论则与微电子器件的设计及其与其他器件的组成等紧密相关，其中，包括了信号处理、功率放大、滤波、直流电源、控制电源等方面的电路，都与微电子器件的设计有着重要的联系。
电子学则是微电子器件研究的核心，主要涉及电子器件的结构、特性、性能及其工作原理等知识。
它包括了固体电子学、真空电子学、光电半导体等多个分支学科，需要熟练掌握电子学的基本知识，才能更好地进行微电子器件的项目研究与开发。
微系统技术则是将微电子器件与微机械系统相结合的新兴技术。
它是微型化与系统化的产物，能够将传感器、执行器、控制器等微型器件整合到一个系统中，并通过微电子技术实现微型加工与集成。
三、微电子器件模拟仿真微电子器件的模拟仿真是指通过计算机软件的仿真方式，在虚拟环境中模拟器件的工作过程，进行参数调整以及性能评估。
它是微电子器件设计的重要环节，也是验证设计方案及其可行性的关键步骤。
1. 模拟仿真方法微电子器件的模拟仿真通常采用有限元法（FEM）或者有限差分法（FDM）等数值计算方法。
其中，FEM是微电子器件仿真研究中较普遍采用的方法之一，它能够对材料特性、器件结构、工作条件等进行高精度的仿真分析，同时也可以对复杂三维结构进行快速建模。
半导体工艺和器件仿真工具SentaurusTCAD专题培训课件
2019/12/22
浙大微电子
11/117
(2) 器件结构说明语句
init: 设置初始网格和掺杂信息。
region: 指定结构中特定区域的材料。
line: 指定网格线的位置和间距。
grid: 执行网格设置的命令。
substrate_profile: 定义器件衬底的杂质分布。
Sentaurus简介
• Sentaurus TCAD全面继承了Tsuprem4，Medici和ISETCAD的特点和优势，它可以用来模拟集成器件的工艺制 程，器件物理特性和互连线特性等。
• Sentaurus TCAD提供全面的产品套件，其中包括 Sentaurus Workbench, Ligament, Sentaurus Process, Sentaurus Structure Editor, Mesh Noffset3D, Sentaurus Device, Tecplot SV，Inspect, Advanced Calibration等等。
Sentaurus Process 工艺仿真工具简介 Sentaurus Process是当前最为先进的工艺仿真工具，
它将一维，二维和三维仿真集成于同一平台中，并面向当代 纳米级集成电路工艺制程，全面支持小尺寸效应的仿真与模 拟。Sentaurus Process在保留传统工艺仿真软件运行模式 的基础上，又做了一些重要的改进。
polygon: 描述多边形结构。
point: 描述器件结构中的一个点。
doping: 定义线性掺杂分布曲线。
profile: 读取数据文件并重建数据区域。
refinebox: 设置局部网格参数，并用MGOALS库进行细化。
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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
a
3
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
a
1
平时：30% 上机+考试：70%
a
2
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
a
15
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
电路模拟用器件模型参数
IC电路仿真
(IC Circuit Simulation)
a
8
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。
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。
a
12
6. 半导体器件仿真的历史发展
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
a
7
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)
a
10
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。
a
11
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）
a
9
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。
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。
a
4
（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。
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。
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。
a
14
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。
a
13
7. 可选择的工艺及器件仿真工具简介
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。
a
6
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。
a
5
（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）