TCAD指导实例与教程

TCAD范例速成指南
第1章: 简介
该指南手册针对首次应用SILVACO TCAD软件的新用户。

它旨在帮助新用户在几分钟时间内快速并成功安装和运行该软件。

该指南也演示如何快速有效查看手册，查找仿真器中使用的所有参数的解释和定义。

它也参照相应章节，来理解等式以及其使用的根本规则。

关于进一步的阅读和参考，用户可参照SILVACO网站的技术支持部分，那里有丰富的技术材料和发表文献。

第2章: 快速入门
2.1: DeckBuild运行时间环境窗口
"DeckBuild"是富含多样特征的运行时间环境，它是快速熟悉SILVACO的TCAD 软件的关键。

Deckbuild 主要特征包括：自动创建输入文件、编辑现有输入文件，创建DOE，强大的参数提取程序和使得输入文件中的参数变量化。

更重要的是，DeckBuild包含好几百个范例，涵盖多种电学、光学、磁力工艺类型，便于首次使用该工具的用户。

使用入门
用户可打开一个控制窗口，创建一个目录，用于保存该指南范例将创建的临时文件。

例如，要创建或重新部署一个名为"tutorial," 的目录，在控制窗口键入：
mkdir tutorial cd tutorial
然后键入下列命令开启deckbuild运行环境：
deckbuild
屏幕上将出现类似于图2.1的DeckBuild运行时间环境。

GUI界面包括两部分：上部窗口显示当前输入文件，而下部显示运行输入文件时创建的输出。

图2.1 DeckBuild 运行时间界面GUI
2.2: 载入和运行范例
输入文件可以由用户创建或者从范例库中加载。

为了熟悉软件语法，最好载入第一个实例中范例。

要从deckbuild运行时间环境的GUI载入范例，可点击：
Main Control... Examples(范例)...
屏幕将弹出一个窗口显示一列47个类别的范例。

图2.2显示首15个类型范例。

要查看剩余的类别，则使用窗口右侧的滑动条滚动选择。

图2.2 首15个类别的DeckBuild 范例
只需双击该类别，即可查看每个类别的范例。

如果双击首个类别"MOS1: MOS Application Examples，" 则得到如图2.3显示的列表。

该类别有15个范例。

图2.3 MOS 应用范例列表
双击任何期望的范例，即可查看其解释。

双击首个范例"NMOS : Id/Vgs and Threshold Voltage Extraction"，可查看该范例的解释。

结果如图2.4显示。

滚动拉下窗口可浏览全部解释。

图2.4 范例描述窗口
为了在DeckBuild运行环境中载入特定范例，点击"DeckBuild: Examples" 窗口右上部的"Load Example" 按钮。

DeckBuild主窗口如图2.5显示。

图2.5 DeckBuild已载入输入文件
按下"run" 按钮即可运行范例。

运行完成后，屏幕出现两个图。

第一个为显示仿真过程中网路掺杂的彩色轮廓图，第二个则是简单的阈值电压Vg 相对 Id 图。

它们分别为如图2.6和图2.7所示。

一旦选中"Load Example" 按钮，结构文件和线图既加载在当前工作目录中，因此不必运行仿真即可浏览结果。

图2.6 显示网路掺杂的工艺仿真结构
图2.7显示Vg相对Id的器件仿真线图
2.3: 查看结果
SILVACO的浏览工具"TonyPlot"是一个功能丰富的绘图工具。

该指南中仅介绍它的某些基本性能。

当SILVACO的TCAD软件包中保存一个结构文件或一个线图时，创建结构文件或线图的所有参量将自动包含仅该文件，供绘图之用。

例如在结构文件绘图中，如果想要绘制其他变量如"Donor Concentration", 则如下点击：
Plot... Display... Define... Contours...
然后向下滚动选择"Quantity:" 方框，得到一组可绘制变量。

如果按照该顺序执行，将出现两个另外的GUI 显示，如图所示2.8。

选择新的参量并点击"Apply"。

图2.8 选中可绘制变量的相关GUI
运行时常需要查看一个图表的"cutline"片断。

这时，关闭其它相关绘图相关视窗，点击"OK," 然后返回主要视图和选择下列命令：
Tools... Cutline...
现在将使用默认"vertical cutline"方框，但在"cutline" GUI中也可以选择水平或交叉的cutline方框。

返回主图，在cutline起点处点击并按住鼠标左键。

竖向直拖动鼠标，到cutline终点处松开鼠标。

松开左键后，cutline图表将自动显示当前现实的参量的cutline。

完成操作后点击cutline方框上的"OK" 键。

要在新cutline图上覆盖显示其他变量，则左击线图，使之变为当前视图（图表的白色边框表示它为激活现行图表）。

然后点击：
Plot... Display...
来选择要覆盖在线图上的其它参量。

例如，如果在线图上添加Arsenic, Boron 和Phosphorus，它应该显示在图2.9上。

Vg 相对Id 曲线也有相似命令，使它可以在线图上覆盖显示其它电学参量。

图2.9 Cutline图
总的来说，在终端或控制窗口键入"tonyplot "，可绘制一个文件；或者在DeckBuild中，通过高亮文件名并按下列顺序操作命令，直接绘制结构。

Tools... Plot... Plot Structure
要自动绘制一个仿真中创建的结构文件，只需简单添加语句：
structure outfile=
tonyplot
至输入文件，仿真器将保存创建的器件文件直至输入文件中该点。

仿真器在达到该点之后，即自动绘制结构。

用户可在仿真过程中的任意点绘制任意数目的结构文件。

章节2.4: 自动创建和编辑输入文件
现在，您应该已经了解如何加载、运行和查看TCAD 范例的结果。

接下来演示如何简便创建自己工艺仿真输入文件或者修改已有文件。

输入文件为简单的ASCII文本格式，因此它可使用任何ASCII 编辑器创建。

但是，DeckBuild 包含一个简单的GUI，可自动创建工艺仿真输入文件。

为了简化程序，而不必每次从头来创建工艺仿真输入文件，这里将演示如何在现有的输入文件中添加几行代码。

通过在每个工序中重复该步骤，该方法同样用于创建整个输入文件。

一旦使用"line"和"init" 语句（参见载入范例的首几行）定义了仿真空间和初始衬底，工艺仿真则仅包含很多连续的扩散、植入、蚀刻和淀积步骤。

其中每一步均可使用DeckBuild自动编写。

回到输入文件的范例中，假设打算在第一步之后添加一个低能量10keV "P-Well Implant"。

鼠标左击DeckBuild 顶部视窗中首个P-well 植入之后的一行。

然后如下点击：
Commands... Process... Implant
屏幕将出现 "DeckBuild: ATHENA Implant" 视窗。

创建额外的注入语句行只需填充该方框而已，其方法是使用滑动条、或者填充数值后按下回车键。

对于10keV 硼注入, 剂量1e11/cm2 ，垂直夹角7 度，主平面旋转27度，其注入GUI 如图2.10所示。

完成输入信息后，点击"Write"，输入文件中则出现一个新行。

图2.10 完全填充的注入GUI
同样的方式可创建淀积、注入、扩散、电极、创建网格、晶元初始化，结构文件保存等等. 由于输入文件为简单ASCII 文本，要在直观的语法输入文件中编辑参数，仅需使用DeckBuild中附带的复制、粘贴和删除功能。

第3章: 简易使用手册和自学方法
该手册很厚，乍看可能使人有点畏缩的。

所以本章节将为新用户演示如何简便使用范例浏览手册，从而找到特定信息。

以章节2.2中列出的输入文件为例，假设我们要理解"SRH"参数的用途。

它出现在输入文件中器件仿真部分，位于"models"开头的语句行。

在工艺和器件仿真器中，任何语句行的开头词语均为"语句"。

这个范例中，第一个词语是"models"。

如果我们想要了解"SRH" 的作用，我们需要先找出"models statement" 的信息。

所有的SILVACO产品均有PDF格式的用户手册。

要查找器件仿真器的信息，则需要打开ATLAS用户手册。

通过在控制台和端子窗口中键入"sman" 可启动"sman" 工具，再通过"sman" 工具可获得用户手册。

用户手册如图3.1所示。

图3.1 ATLAS 的PDF用户手册
此手册最显著的特征是"语句"章节。

它包含器件仿真器按字母顺序排列的所有语句。

因为我们要找"models" 语句，点击左边的书签索引上语句章旁边的"+"扩展符号。

按字母顺序向下滚动选择 "Models" 语句。

点击Models 语句旁边的"+" 扩展符号，可以查看其内容。

这时，我们需要选择。

如果您已猜到"SRH"等于Schottky Read Hall" 的组合缩写，即可点击 Recombination Models Flags"章节。

如果不明白"SRH" 的含义，则点击"MODELS" 标题，回到该章节开头。

这个章节的开头是另一个与模型语句有关的参数，也以字母顺序排列。

向下滚动直至 "SRH" ，表格显示：参数类型，以及默认数值和单位。

一旦知晓其类型，便可向下滚动在描述章节找到参数。

也可使用"Edit... Find..." 功能在描述部分搜索"SRH"。

不论使用何种方法，都可以找到描述SRH 参数的部分，其如图3.2所示。

图3.2 查找到"SRH"参数
这组信息足够让用户了解参数的含义及其默认值。

但是，如果您想要了解使用参数的规则和方程，语句章节中关于"SRH" 的描述指示用户可参照第三章的方程3-290 。

参考方程3-290，可找到如图 3.3所示的SRH模型的完整描述。

图3.3 参照SRH模型的完整描述。

仅需简单点击几次鼠标，即可找到用户控制的方程中参数的含义，以及参数在仿真器中作用的完整描述，还有何种其它用户定义参数。

现在您应该清楚如何使用用户的范例了。

第4章: 其他互联网信息
SILVACO 的网站提供丰富的技术信息，它位于信息库部分：
/tech_lib/index.html
信息分为如下
四个类别
1/ 仿真标准(SILVACO出版)
2/ 陈述材料
3/ 参考引用SILVACO软件的书籍
4/ 发表论文(同行技术文献评论)
SILVACO仿真标准是一个TCAD季度刊物，它包括详细的应用注释，以及涵盖广泛技术的仿真结果。

它也包括一些常见问题的提示和技巧。

SILVACO网站提供多年来发表的所有仿真标准刊物。

使用搜索功能，可寻找您关心的课题。

“Presentation Materials”包含各类陈述材料。

某些PowerPoint 陈述材料显示应用范例，以及语法解释。

也有一些学术课程材料显示如何将SILVACO TCAD 软件编进学生作业中。

其它部分列出SILVACO 软件辅助的专利，以及一组参照SILVACO 软件的教科书。

Technical Library（技术库）部分的最后两个部分罗列出教科书和发表的论文，它们分为在所有SILVACO 软件开发中使用的多个类别。

如果您觉得信息太多，使用SILVACO提供的简单搜索功能框，您可迅速有效地找到所需信息。

总之，希望我们在这里通过范例，充分为新用户演示了如何简单使用SILVACO
软件，查找所需信息，自学达到成功运行TCAD 仿真。