纳米电子器件的计算机辅助设计心得

纳米电子器件的计算机辅助设计心得

13级电子科学与技术 2013040151044 邹丽燕9月28日在科技楼b410教室有幸听到了王豪博士的关于“纳米电子器件的计算机辅助设计（TCAD）”的精彩讲座，不但让我从中认识到了基础课程的重要性，也让我感受到了王博士从容不迫的教学风格和驾驭课堂的能力，博士将严谨且专业的学术语言讲得通俗易懂，用地板砖的分布来比喻材料的分布，重点部分的密集分布。王博士的沉稳教学风格让我感受到了知识的力量。

王博士从背景介绍、TCAD概念、TCAD工具、TCAD算法及其展望五个方面对这一前沿技术依次进行了概述。

1949年半导体器件模拟的概念起源于Shockley的论文，奠定了结型二极管和晶体管的基础，是一种局部分析方法。1964年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。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。更深层次的了解了半导体器件的起源，了解技术的历史才能更好的前进使其不断的更新。

TCAD（Technology Computer Aided Design）是一种基于计算机辅助设计的技术，即采用计算机模拟开发和优化半导体工艺技术和半导体器件。TCAD模拟工具解算基本的物理偏微分方程，例如扩散方程和传输方程。这种技术可以减少工艺开发的成本和时间，TCAD在投入制造之前对工艺窗口进行优化，这样不仅提高了效率还提升了速

度。

之前关于电子器件的设计软件就只了解DXP里面的相关器件的设计功能。这一次通过王博士的简短介绍TCAD知道了关于它的仿真流程以及TCAD的工具。其中TCAD的仿真流程可分为：网格划分、方程离散化、求解方程。网格的划分是重要部分就会网格线密集其余部分比重较轻。这个地方王豪博士将教师里的地板分割线以及地板上的区域重要性进行了类比。讲课通俗易懂，让我们理解起来没那么困难。

在 TCAD的工具方面王豪博士给我们讲了三种方法，依次为Medici的介绍、SentaurusTCAD简单介绍以及NanoTCAD的介绍。Medici是先驱（AVANT!）公司的一个用来进行二维器件模拟的软件，它对势能场和载流子的二维分布建模，通过解泊松方程式和电子、空穴的电流连续性方程来获取特定偏置下的电学特性。SentaurusTCAD 是Synopsys公司出的。Sentaurus Process可以对IC生产工艺进行优化以缩短产品开发周期和产品定型，基于蒙特卡罗离子注入模型和离子注入校准表，离子注入分析和缺陷模型以及先进的扩散模型。Device Editor有三个操作模式：二维器件编辑、三维器件编辑和三维工艺流程模拟。NanoTCAD主要基于非平衡格林函数（NEGF），面向纳米尺度的新型器件，包括硅基器件和碳纳米管、石墨烯等器件的模拟。可以实现二维、三维的模拟呢。具有两个版本，旧版本基于Fortran/C，对硅基器件模拟。新版本在Fortran/C基础上加上Python 模块化封装，对碳纳米管、石墨烯器件模拟。

TCAD算法中基本的半导体方程是：泊松方程，载流子连续方程，

传输方程（漂移-扩散传输模型和能量平衡传输模型），位移电流方程。状态有效密度理论是能带理论和禁带变宽理论。载流子同级的基本理论是费米-狄拉克同级理论。

最后王豪博士简单地说了一下关于TCAD的应用。主要是关于在数值模拟领域中的双栅器件和碳纳米管、石墨烯新型器件方面的应用。对于TCAD的使用领域只会是更加的广泛。对于一种最后科技目的的实现可以通过新技术和新材料实现，思维的方式不能局限于一种上面。

每一次的讲座都会让自己觉得自己学的知识只是广袤知识领域里的冰山一角，要学习的知识实在是太多太多。讲座带来的新的知识是一扇打开新知识的大门让我们有机会从一个模拟工具窥探到一个之前从未接触到的新领域。王豪博士对于知识的传授方式也要让我学到不少，语速不急不缓显得耐心十足，觉得知识点相对于我们理解起来有困难就会多讲几次有时候还会进行类比。因为自己也有考虑过以后回到家乡当一名老师。“要给学生一滴水，我们就要有一桶水”，这是对授业者的基本要求，所以得有不断学习新知识的理念，才能更好的将知识传授下去。