1、會計學1Silvaco器件器件(qjin)仿真仿真第一頁，共202頁。平時(pngsh)：30%上機+考試：70%第1頁/共201頁第二頁，共202頁。 內容大綱一、 半導體仿真(fn zhn)概述 2學時二、 半導體器件仿真(fn zhn)軟件使用 2學時+2學時上機三、 Diode器件仿真(fn zhn) 2學時+2學時上機四、BJT器件仿真(fn zhn) 4學時+4學時上機五、半導體工藝仿真(fn zhn)軟件使用 4學時+4學時上機六、MOS工藝及器件仿真(fn zhn) 4學時+4學時上機七、總結與復習 2學時+4學時上機第2頁/共201頁第三頁，共202頁。（1）什么是仿真？仿真

2、和另外一個詞匯建模（modeling）是密不可分的。所謂建模就是用數學方式(fngsh)抽象地總結出客觀事物發展的一般規律。 仿真是在這個一般規律的基礎上，對某事物在特定條件下的行動進行推演和預測。因此可以說建模是仿真的基礎，仿真是隨著建模的發展而發展的。建模和仿真的關系可以比作程序設計中算法和語言的關系。一、概論(giln)：半導體仿真概述 Introduction of Semiconductor Simulation1. 這門課是研究(ynji)什么的？第3頁/共201頁第四頁，共202頁。（2）什么是半導體器件仿真？那么像電子IT行業里面的仿真軟件按用途分是多種多樣(du zhn du

3、 yn)的。僅僅是集成電路這個行業來講，就分電路仿真、器件仿真、工藝仿真等。再深入下去研究，研究固體物理學，半導體物理學也都有相關的仿真軟件可以進行原子、分子級別的仿真。包括工藝仿真和器件電學特性仿真兩個部分。研究單個元器件從生產工藝到性能特性的。第4頁/共201頁第五頁，共202頁。（3） 什么是半導體器件仿真器？ 前面提及的理論基礎不僅僅是同學們學習這門功課所需要的前期基礎知識，也同樣是開發仿真軟件中最需要的理論基礎。為什么呢？ 因為仿真實質上是通過仿真器來完成的。一般仿真器實質上等于（輸入接口+模型庫+算法+輸出接口）核心部分是模型庫的建立，精度，處理速度需要通過算法來調節。一個半導體仿

4、真器弄能是否強勁，就是看模型庫是否強大。所以它是隨著對半導體理論的探索和對實驗數據(shj)的累計的發展而發展的。第5頁/共201頁第六頁，共202頁。2. 在整個學科中所處的位置是什么？從縱向來講，和其他CAD類或仿真類課程一樣，它是基礎理論知識和實際(shj)生產的鏈接點。從橫向來講，電路(dinl)模擬、工藝模擬、器件模擬之間的關系可以用下面的結構圖來表示第6頁/共201頁第七頁，共202頁。工藝(gngy)描述幾何(j h)結構及摻雜 工藝(gngy)仿真 (Process Simulation)電學特性 器件仿真 (Device Simulation)電路模擬用器件模型參數 IC電路

5、仿真 (IC Circuit Simulation)IC電路特性本門課程重點學習部分 器件模擬參數提取 (Device parameter extraction tools)第7頁/共201頁第八頁，共202頁。3. 有什么用？一方面，充分認識半導體物理學，半導體器件物理學等這些抽象難懂的理論基礎知識在半導體工業(gngy)中的實際應用。加強理論教學的效果。仿真也可以部分取代了耗費成本的硅片實驗，可以降低成本，縮短了開發周期和提高成品率。也就是說，仿真可以虛擬生產并指導實際生產。第8頁/共201頁第九頁，共202頁。如前圖所表，這個器件仿真在邏輯上是基礎于電路仿真的。工藝仿真可以實現離子注入、

6、氧化、刻蝕、光刻等工藝過程的模擬。可以用于設計新工藝，改良舊工藝。器件仿真可以實現電學特性仿真，電學參數提取。可以用于設計新型器件，舊器件改良，驗證器件的電學特性。如MOS晶體管，二極管，雙極性晶體管等等。提取器件參數，或建立簡約(jinyu)模型以用于電路仿真。第9頁/共201頁第十頁，共202頁。4.學習這門功課需要哪些(nxi)準備？半導體物理學半導體器件物理學、MOS、BJT、Diode、功率器件等集成電路工藝技術簡單的電路基礎。第10頁/共201頁第十一頁，共202頁。5. 學到什么程度？具體學什么？掌握模擬仿真(fn zhn)軟件的使用，對半導體器件的特性進行模擬和分析。具體為：復

7、習現有以硅為主的超大規模集成電路工藝技術。學習工藝仿真(fn zhn)軟件的使用方法 （氧化、擴散、離子注入、淀積、刻蝕、光刻等）2. 熟悉并學會使用器件仿真(fn zhn)軟件（1）學習如何用仿真(fn zhn)語句編寫器件的結構特征信息（2）學習如何使用atlas器件仿真(fn zhn)器進行電學特性仿真(fn zhn)3. 對半導體工藝仿真(fn zhn)及器件仿真(fn zhn)中所用到的模型加以了解4*. 利用工藝器件仿真(fn zhn)軟件，培養和鍛煉工藝流程設計和新器件開發設計等方面的技能。第11頁/共201頁第十二頁，共202頁。6. 半導體器件仿真的歷史發展1949年：半導體

8、器件模擬的概念起源于此年肖克萊（Shockley）發表的論文，這篇文章奠定了結型二級管和晶體管的基礎。但這是一種局部分析(fnx)方法，不能分析(fnx)大注入情況以及集電結的擴展。1964年：古默爾（）首先用數值方法代替解析方法模擬了一維雙極晶體管，從而使半導體器件模擬向計算機化邁進。1969年：DPKennedy和第一個用二維數值方法研究了JFET。JWSlotboom用二維數值方法研究了晶體管的DC特性。從此以后，大量文章報導了二維數值分析(fnx)在不同情況和不同器件中的應用。相應地也有各種成熟的模擬軟件，如CADDET和MINIMOS等。第12頁/共201頁第十三頁，共202頁。Av

9、anti: Tsuprem4/ MediciTsuprem4/Medici是Avanti公司(n s)的二維工藝、器件仿真集成軟件包。Tsuprem4是對應的工藝仿真軟件，Medici是器件仿真軟件。7. 可選擇的工藝及器件仿真工具(gngj)簡介第13頁/共201頁第十四頁，共202頁。ISE-TCAD工藝及器件仿真工具ISE-TCAD是瑞士 ISE ( Integrated Systems Engineering ) 公司(n s)開發的生產制造用設計（DFM：Design For Manufacturing）軟件，是一種建立在物理基礎上的數值仿真工具，它既可以進行工藝流程的仿真、器件的描

10、述，也可以進行器件仿真、電路性能仿真以及電缺陷仿真等。基本上是成為行業標準，功能強大，已被收購，升級版為Sentaurus TCAD。第14頁/共201頁第十五頁，共202頁。Sentaurus TCAD Sentaurus Process 整合了： Avanti 公司的Tsuprem系列(xli)工藝級仿真工具（Tsuprem，Tsuprem，Tsuprem只能進行一維仿真，到了第四代的商業版Tsuprem4能夠完成二維模擬）以及Taurus Process 系列(xli)工藝級仿真工具；(2)ISE Integrated Systems Engineering公司的ISE TCAD工藝級仿

11、真工具Dios（二維）FLOOPS-ISE（三維）以及Ligament（工藝流程編輯）系列(xli)工具，將一維、二維和三維仿真集成于同一平臺。Sentaurus Device 整合了(1)Avanti 的Medici和 Taurus Device (2)ISE 的DESSIS 器件物理特性仿真工具, 充實并修正了諸多器件物理模型, 推出新的器件物理特性分析工具Sentaurus Device。第15頁/共201頁第十六頁，共202頁。Silvaco TCAD用來模擬半導體器件電學性能，進行半導體工藝流程仿真，還可以與其它EDA工具組合起來使用(比如spice)，進行系統級電學模擬。Sivac

12、oTCAD為圖形用戶界面，直接從界面選擇輸入(shr)程序語句，非常易于操作。其例子教程直接調用裝載并運行，是例子庫最豐富的TCAD軟件之一。Silvaco TCAD平臺包括：工藝仿真(ATHENA)器件仿真(ATLAS)快速器件仿真(Mercury)第16頁/共201頁第十七頁，共202頁。 devedit 結構編輯器材料定義、結構(jigu)定義指令 等價(dngji) *.str結構(jigu)文件 atlas 器件仿真器*.log文件包含器件在指定工作條件下的工作特性。*.str文件指定工作條件下的結構文件。包含器件的載流子分布、電勢分布、電場分布等信息。輸入端仿真系統輸出端輸出端/輸

13、入端 athena工藝仿真器圖形界面操作-簡易方便命令方式輸入-復雜費力Silvaco 軟件介紹外部指令 如偏壓等工藝指令 如擴散等輸出端仿真系統輸入端輸入端輸入端指令的輸入通過deckbuild 軟件窗口傳送至仿真器*.log *.str等輸出文件通過tonyplot軟件窗口來查看athena工藝仿真部分Atlas器件仿真部分第17頁/共201頁第十八頁，共202頁。Athena概述用途：開發和優化半導體制造工藝流程。 功能：模塊大致分3類（1） 用來模擬 離子注入、擴散、氧化等以模擬摻雜分布為主 的模塊。 （2） 用來模擬 刻蝕、淀積等以形貌為主的模塊 （3）用來模擬固有和外來襯底材料參數

14、及/或制造工藝條件參數的擾動對工藝結果影響的所謂IC工藝統計模擬 可迅速和精確地模擬應用在CMOS、雙極、SiGe / SiGeC 、SiC、SOI 、III-V、光電子和功率器件技術(jsh)的所有關鍵加工步驟 athena工藝(gngy)仿真器第18頁/共201頁第十九頁，共202頁。如圖所示為一個(y )半導體工藝仿真的結果示意圖。摻雜(chn z)濃度幾何(j h)結構 第19頁/共201頁第二十頁，共202頁。deckbuild 的使用（1）deckbuild的調用在終端下使用如下命令：deckbuild-an&注： -an表示當啟動deckbuild時，使用athena作為

15、默認仿真器回車，短暫延時后，會出現deckbuild的主窗口，如圖：上半部分的文本(wnbn)窗口用來創建和編輯仿真程序的輸入窗口。中間是程序控制窗口下半部分的窗口是運行時用來顯示仿真器的輸出信息。第20頁/共201頁第二十一頁，共202頁。（2）程序實例(shl)為了熟悉deckbuild下運行athena的機制，我們來打開和運行一些程序實例(shl)。點擊菜單 Main Control, 在下拉菜單中再點擊 Examples，會出現子窗口Deckbuild:examples所有實例(shl)都列在菜單”section”中根據應用類別分為若干組第21頁/共201頁第二十二頁，共202頁。雙擊

16、文件名來選擇實例如Mos1ex01.in被選中的輸入文件的描述將會出現在示例窗口中，如圖所示這些描述包括(boku)運行本例所需要的軟件模塊提供本例演示概貌描述本例所使用的仿真命令描述本例運行結束后顯示出來的結果點擊Load example與這個例子相關的輸入文件會載入到deckbuild的文本窗口中此輸入文件以及與之相關的其他文件會自動拷貝到你的工作目錄中去第22頁/共201頁第二十三頁，共202頁。通過點擊中間的程序控制窗口中的run按鈕，來運行輸入(shr)文件。第23頁/共201頁第二十四頁，共202頁。一旦工藝模擬完成，MOS管的結構將會自動顯示出來(ch li)。如圖所示，這是MO

17、S管的結構圖。接下來會自動傳遞給器件仿真器 - ATLAS來進行器件仿真。第24頁/共201頁第二十五頁，共202頁。功能:（1）勾畫器件。（2）生成網格。(修改網格) 既可以對用devedit畫好的器件生成網格，或對athena工藝仿真生成含有網格信息的器件進行網格修改。為什么要重新定義網格？ 工藝仿真中所生成的網格是用來形成精確度摻雜濃度分布、結的深度等以適合于工藝級別的網格，這些網格某些程度上不是計算器件參數所必需的。例如在計算如閾值電壓、源/漏電阻，溝渠的電場效應、或者載流子遷移率等等。Devedit可以幫助在溝渠部分給出更多更密度網格而降低其他不重要的區域部分，例如柵極區域或者半導體

18、/氧化物界面等等。以此(y c)可以提高器件參數的精度。簡單說就是重點區域重點給出網格，不重要區域少給網格。和工藝仿真的區別devedit - 考慮結果 他不考慮器件生成的實際物理過程，生成器件時不需要對時間、溫度等物理量進行考慮。athena - 考慮過程 必需對器件生成的外在條件、物理過程進行描述。 devedit 結構編輯器athena之外的另一種可以生成器件(qjin)信息的工具。第25頁/共201頁第二十六頁，共202頁。第26頁/共201頁第二十七頁，共202頁。結構材料定義： Mesh(網格(wn )Region(區域)Electrode(電極) Doping(摻雜) Mater

19、ial(材料)材料定義、結構(jigu)定義指令 athena之外的另一種可以(ky)生成器件信息的工具。與devedit類似，用atlas器件仿真器語言編寫器件信息。與devedit不同的是需要編程操作，沒有圖形操作界面。第27頁/共201頁第二十八頁，共202頁。第28頁/共201頁第二十九頁，共202頁。二、半導體器件仿真(fn zhn)軟件使用 本章介紹ATLAS器件仿真器中所用到的語句和參數(cnsh)。具體包括：語句的語法規則語句名稱 語句所用到的參數列表， 包括(boku)類型，默認值及參數的描述正確使用了語句的實例學習重點（1） 語法規則 （2）用ATLAS程序語言編寫器件結構

20、第29頁/共201頁第三十頁，共202頁。1. 語法(yf)規則規則1： 語句(yj)和參數是不區分大小寫的。 A=a 可以在大寫字母下或小寫字母下編寫。abc=Abc=aBc 規則2： 一個語句一般有以下的定義格式： =其中：表示語句名稱(mngchng)表示參數名稱(mngchng)表示參數的取值。 間隔符號是被用來分離語句中的多個參數。第30頁/共201頁第三十一頁，共202頁。解析：在一個語句后的參數可以是單詞或者數字。 單詞可由字母和數字所組成的字符串。由空格（space）或回車(carriage return)來終止(zhngzh)。例： region (OK) reg ion (

21、wrong)數字可以是數字也可以是字符串也是由空格（space）或回車(carriage return)來終止(zhngzh)。例: 3.16 (OK) 3.1 6 (wrong)數字的取值范圍可以從1e-38 到 1e38 數字可以包含符號 + 或 或 E（十進制） 例： -3.1415 （OK）第31頁/共201頁第三十二頁，共202頁。規則(guz)3: 參數有4種類型任何沒有邏輯值的參數(cnsh)必須按 PARA=VAL 的形式定義這里PARA表示參數(cnsh)名稱，VAL表示參數(cnsh)值。 包括 ：特性型，整數型，實數型參數(cnsh)（Character, Integer

22、， Real）而邏輯型參數(cnsh)必須和其他參數(cnsh)加以區分。第32頁/共201頁第三十三頁，共202頁。例如，在語句：DOPING UNIFORM CONCENTRATION=1E16 P.TYPE 中解析(ji x)：Doping 是語句名稱Uniform 和 p.tpye是兩個邏輯型參數，在程序內部對應了邏輯值CONCENTRATION=1E16 對應的是一個實數型參數。每一個語句對應多個參數，這些參數代表了這個語句的某種屬性，但都包含在4中參數之中。第33頁/共201頁第三十四頁，共202頁。溫馨提示：（1）命令縮減沒有必要輸入一個語句或參數名的全稱。 ATLAS只需要(x

23、yo)用戶輸入足夠的字符來區分于其他命令或參數。例： 命令語句 DOP 等同于 doping， 可以作為其命令簡寫。 但建議不要過度簡單，以免程序含糊不清，不利于將來調用時閱讀。（2）連續行有的語句超過256個字符，為了不出現(chxin)錯誤，ATLAS語序定義連續行。將反斜線符號放在一條語句的末尾，那么程序每當遇到都會視下一行為上一行的延續。 第34頁/共201頁第三十五頁，共202頁。2. 通過實例(shl)學語句實例簡介：此實例演示了肖特基二極管正向(zhn xin)特性。大致分為三個部分（1）用atlas 句法來形成一個二極管結構（2）為陽極設置肖特基勢壘高度（3）對陽極正向(zhn

24、 xin)偏壓第35頁/共201頁第三十六頁，共202頁。go atlas 調用atlas器件仿真器mesh space.mult=1.0 網格初始化#x.mesh loc=0.00 spac=0.5 x方向網格定義x.mesh loc=3.00 spac=0.2x.mesh loc=5.00 spac=0.25x.mesh loc=7.00 spac=0.25x.mesh loc=9.00 spac=0.2x.mesh loc=12.00 spac=0.5#y.mesh loc=0.00 spac=0.1 y方向網格定義y.mesh loc=1.00 spac=0.1y.mesh loc=2

25、.00 spac=0.2y.mesh loc=5.00 spac=0.4region num=1 silicon 定義區域electr name=anode x.min=5 length=2 定義電極electr name=cathode bot#. N-epi doping doping n.type conc=5.e16 uniform 定義初始摻雜(chn z)濃度 #. Guardring doping doping p.type conc=1e19 x.min=0 x.max=3 junc=1 rat=0.6 gauss 定義p環保護摻雜(chn z)doping p.type co

26、nc=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 uniformsave outf=diodeex01_0.strtonyplot diodeex01_0.str -set diodeex01_0.setmodel conmob fldmob srh auger bgn contact name=anode workf=4.97solve initmethod newtonlog outfile=diodeex

27、01.logsolve vanode=0.05 vstep=0.05 vfinal=1 name=anodetonyplot diodeex01.log -set diodeex01_log.setquit第36頁/共201頁第三十七頁，共202頁。解析：（1）第一部分語句用來描述器件，包括網格參數（mesh）, 電極設置（electrode locations）以及摻雜分布（doping distribution） 這是一個(y )具有重摻雜的浮動式環狀保護區域的二維n類型器件，它分布在結構的左右兩邊。肖特基陽極在器件頂端，重摻雜的陰極位于器件底端。（2）在器件描述之后，模型語句被用來(yn

28、 li)定義下列模型：載流子濃度、遷移率、場遷移率、能隙變窄、SRH激發復合模型、Auger復合模型。雙載流子模型也有所定義 carriers=2第37頁/共201頁第三十八頁，共202頁。關鍵語句是設置肖特基接觸contact name= (char表示接觸的名稱，用英文字符來表示比如 anode cathode)work= (val表示變量參數，用來設置功函數大小)這個語句是用來設置肖特基電極的功函數的。在這個例子(l zi)里面，因為襯底是親和能為4.17的n類型硅，所指定的功函數為4.97，這樣提供了一個肖特基勢壘的高度為0.8V. 默認的勢壘高度是0. （一個完美的歐姆接觸）這個條件

29、是為陰極假定的。（3）電學仿真簡單(jindn)地將陽極電壓以間隔為0.05V升至1.0V.第38頁/共201頁第三十九頁，共202頁。3. ATLAS器件仿真器中所用到的語句和參數(cnsh)詳解：#語句1 仿真器調用命令(mng lng)語句 go調用atlas器件仿真器需要用到go語句：go atlas 解析： go 用來退出和重新啟動atlas仿真器注意： 這個命令(mng lng)是通過 deckbuild來執行的主要包括三大部分內容（1）器件編輯語句 region、electrode、doping等（2）模型與環境設置(shzh)語句 models method等（3）電學特性仿真

30、語句 solve 等 第39頁/共201頁第四十頁，共202頁。#語句2 設置初始(ch sh)網格均勻分布，為1.0微米 mesh space.mult=1.0 #語句3 設置x方向網格，從以0.5間隔的x=0.00的位置漸變過渡到以0.2為間隔的x=3.0的位置。這樣可以(ky)根據需要設置多個網格x.mesh loc=0.00 spac=0.5 x.mesh loc=3.00 spac=0.2x.mesh loc=5.00 spac=0.25x.mesh loc=7.00 spac=0.25x.mesh loc=9.00 spac=0.2x.mesh loc=12.00 spac=0.5

31、第40頁/共201頁第四十一頁，共202頁。解析：以上建立了一個含有網格信息的12微米5微米大小的區域(qy)。.MESH 定義沿著方向的網格位置。注意： x,y,z 方向上定義是等價的。語法結構如下：X.MESH LOCATION= SPACING=Location定義了網格線的位置Spacing定義了網格間隔。#語句(yj)4設置y方向網格信息y.mesh loc=0.00 spac=0.1y.mesh loc=1.00 spac=0.1y.mesh loc=2.00 spac=0.2y.mesh loc=5.00 spac=0.4第41頁/共201頁第四十二頁，共202頁。#語句5 區域

32、定義語句 region num=1 silicon解析:region語句定義了材料的位置 每一個三角形都必須定義成一種材料。語法結構如下(rxi)： REGION NUMBER= Number=定義了一個區域的序號，它可以從1到200. 具有同一個區域序號的多重區域線條可以用來定義一個具有多個矩形特征的區域。是一種或多種材料的名字 如 silicon sio2 polysilicon等。是一個或多個位置參數。第42頁/共201頁第四十三頁，共202頁。region num=1 silicon x.min=1.0 x.max=12 y.min=0.5 y.max=5對于一個區域(qy)，可以指定

33、其材料屬性和位置坐標第43頁/共201頁第四十四頁，共202頁。region num=1 silicon x.min=1.0 x.max=12 y.min=0.5 y.max=5region num=2 sio2 x.min=0.0 x.max=1 y.min=0 y.max=5定義多個(du )區域，可使用多個(du )region語句來完成。第44頁/共201頁第四十五頁，共202頁。region num=1 silicon x.min=1.0 x.max=12 y.min=0.5 y.max=5region num=2 sio2 x.min=0.0 x.max=1 y.min=0 y.m

34、ax=5region num=2 sio2 x.min=0.0 x.max=12 y.min=0 y.max=1定義每個區域可以使用多條Region語句(yj)，只要保證區域標號一致即可。第45頁/共201頁第四十六頁，共202頁。Silvaco ATLAS仿真器中可選的材料。主要(zhyo)包括單晶半導體如 硅、鍺、金剛石等化合物半導體如 砷化鎵等 III-V族 II-VI族等絕緣體如 二氧化硅，四氮化三硅等導體如 多晶硅、鋁、金等幾大類。第46頁/共201頁第四十七頁，共202頁。#語句6 電極定義語句，其基本格式是# ELECTRODE NAME= NUMBER= 電極語句 電極名稱 電

35、極編號(bin ho) 電極位置 electr name=anode x.min=5 length=2electr name=cathode bot(系統默認是電極位置為 top x.min=0 x.max=x.max)第47頁/共201頁第四十八頁，共202頁。electr name=anode x.min=5 length=2 y.min=0 y.max=0.5electr name=cathode bot第48頁/共201頁第四十九頁，共202頁。electr name=anode x.min=5 length=2 y.min=0 y.max=0.5electr name=cathode

36、 y.min=4.5 y.max=5第49頁/共201頁第五十頁，共202頁。#語句7 摻雜(chn z)定義語句doping n.type conc=5.e16 uniform摻雜(chn z)語句 摻雜(chn z)類型定義 摻雜(chn z)濃度定義 摻雜(chn z)形態定義# p type dopingdoping p.type conc=1e19 x.min=0 x.max=3 junc=1 rat=0.6 gaussdoping p.type conc=1e19 x.min=9 x.max=12 junc=1 rat=0.6 gauss#. N+ doping doping n.

37、type conc=1e20 x.min=0 x.max=12 y.top=2 y.bottom=5 uniformDoping語句是用來定義器件結構中的摻雜分布。對于(duy)一組doping語句，每一個語句都是在之前語句的基礎上給出的，有疊加的效果。 第50頁/共201頁第五十一頁，共202頁。Doping語句參數詳解(xin ji)：1. 解析分布類型參數介紹這些參數語句定義了Atlas將如何從解析函數中生成一個摻雜分布.（1）Gaussian類型解析分布 Gaussian定義了高斯(o s)解析函數的使用來生成一個摻雜分布。 如果Gaussian被定義了，那么下面的參數必須被定義。(i

38、) 極性參數(cnsh) N.type P.type(ii)下列分布定義之一：concentration和 junction 濃度和結深concenration 和 charactreistic 濃度和特性dose和characteristic 劑量和特性長度（2）Uniform定義了使用常數作為解析函數來生成摻雜分布。摻雜會通過邊界參數被定義在一個box中。這個box的默認值是整個區域。同樣如果Uniform被定義了，那么N.type P.type以及濃度參數都必須定義。第51頁/共201頁第五十二頁，共202頁。2. 摻雜(chn z)物類型參數介紹Antimony 銻 Arsenic 砷

39、 Boron硼 Indium 銦 Phosphorus磷E.LEVEL 設置了分立陷阱能級的能量。 對于acceptors，是對應于導帶邊緣的。對于donors，是對應于價帶邊緣的。N.Type Donor 定義了一個n類型或donor類型的摻雜(chn z)物。 此參數可以與gaussian或uniform分布類型聯合使用。P.Type Acceptor 定義一個p類型或acctoper類型的摻雜(chn z)物。此參數可以與gaussian或uniform分布類型聯合使用。Trap 定義了摻雜(chn z)濃度被處理為陷阱態密度。OX.Charge 定義了一個固定的氧化物電荷分布。氧化物電

40、荷只能在任何絕緣物區域使用。第52頁/共201頁第五十三頁，共202頁。3. 垂直分布參數Concentration 濃度 定義了峰值濃度當高斯分布被使用時。 如果此參數未被定義，峰值濃度會從極性參數，邊界條件，計量，或電阻率，特征濃度中計算出來。當uniform分布被定義，concentration參數被定義為均勻摻雜濃度的值，濃度必須是正的。Dose 劑量(jling) 只適用于高斯分布，定義了高斯分布的總劑量(jling)。Junction 結深 定義了高斯分布的硅區域內部p-n結的位置。當junction被定義了，characteristic length會通過在常數矩形區域的終點之間

41、的一個迭代中點檢測摻雜濃度而計算出來。 Junction的位置只是通過考慮所有前面摻雜語句信息來估算的，這意味著某些情況下，doping語句的順序是很重要的。第53頁/共201頁第五十四頁，共202頁。doping n.type conc=5.e16 uniformdoping p.type conc=1e19 y.min=0 y.max=0 char=30 gaussdoping n.type conc=1e19 y.min=300 y.max=300 char=30 gaussCHARACTERISTIC 定義(dngy)了注入物的基本特征長度。如果此參數未被定義(dngy)，基本特征長度

42、可以從極性參數、邊界條件參數、濃度和結參數中獲得。第54頁/共201頁第五十五頁，共202頁。go atlasmesh space.mult=1.0 x.mesh loc=0.00 spac=5x.mesh loc=12.00 spac=5y.mesh loc=0.00 spac=1y.mesh loc=30 space=5y.mesh loc=270.00 spac=5y.mesh loc=300.00 spac=1region num=1 silicon x.min=0.0 x.max=12 y.min=0.0 y.max=300electr name=anode topelectr na

43、me=cathode botdoping n.type conc=5.e16 uniformdoping p.type conc=1e19 y.min=0 y.max=0 char=30 gaussdoping n.type conc=1e19 y.min=300 y.max=300 char=30 gausssave outf=diodeex01_3.strsolve initmethod newtonlog outfile=diodeex01_1.logsolve vanode=0.0 vstep=0.5 vfinal=100 name=anodequit第55頁/共201頁第五十六頁，共

44、202頁。第56頁/共201頁第五十七頁，共202頁。doping n.type conc=5.e16 uniformdoping p.type conc=1e19 peak=20 char=30 gaussdoping n.type conc=1e19 peak=280 char=30 gaussPeak 定義了高斯分布中峰值濃度的深度(shnd)位置。第57頁/共201頁第五十八頁，共202頁。4. 水平方向擴展參數類型X.Min X.Max Y.Min Y.max Z.Min Z.Max用以定義矩形邊界。X.Left X.min用以定義左側邊界X.Right X.Max 用以定義右側邊界

45、Y.Top. Y.Min 用以定義上方邊界Y.Bottom Y.Max 用以定義下方邊界Z.Back Z.Min 用以定義后方(hufng)邊界Z.Front Z.Max 用以定義前方邊界第58頁/共201頁第五十九頁，共202頁。5. 水平方向(fngxing)分布參數類型Lat.Char 定義水平（x方向(fngxing)）特征長度，如果不定義此長度則通過下列公式計算Lat.Char = Ratio.Lateral * Char 其中Char是y方向(fngxing)上的特征長度，Ratio.Lateral是 x方向(fngxing)與y方向(fngxing)的特征長度比例系數）dopin

46、g n.type conc=5.e16 uniformdoping p.type conc=1e19 x.min=0 x.max=3 char=20 lat.char=0.1 gauss改變(gibin)lat.char 分別為 0.1 、1、 5、 12 對水平方向摻雜分布的影響 如圖所示第59頁/共201頁第六十頁，共202頁。第60頁/共201頁第六十一頁，共202頁。6. Trap （陷阱） 參數REGION 指定對哪個區域進行陷阱參數設置，系統默認(mrn)對所有區域進行設置。E.LEVEL 設置分立陷阱能級，對于acceptors, E.LEVEL 在導帶附近對于 donors，

47、E.LEVEL 在共價帶附近。DEGEN.FAC 定義了陷阱能級的退化因子，用來計算密度。SIGN 、 SIGP 定義了對于電子或空穴的陷阱 捕獲橫截部分（capture cross section ）TAUN TAUP定義了陷阱能級中的電子壽命和空穴壽命。第61頁/共201頁第六十二頁，共202頁。# 語句(yj)8 輸出結構結果保存語句(yj)， 其基本格式為SAVE OUTFILE= save outf=diodeex01_0.str# 語句(yj)9， 輸出文件繪制語句(yj)tonyplot diodeex01_0.str -set diodeex01_0.set第62頁/共201頁

48、第六十三頁，共202頁。第63頁/共201頁第六十四頁，共202頁。#語句(yj)10 模型選擇語句(yj)model conmob fldmob srh auger bgn #語句(yj)11 接觸設置語句(yj)contact name=anode workf=4.97第64頁/共201頁第六十五頁，共202頁。遷移率模型介紹：(1) ANALYTIC 指定了一個硅的隨濃度變化的遷移率解析模型，包含了對溫度的依賴(yli)關系。N 是總摻雜濃度(nngd) TL is Kelvin溫度。定義conmob和analytic參數都會激活此模型。此模型參數設置要用到mobility語句。缺省值參

49、數值是硅材料和300K第65頁/共201頁第六十六頁，共202頁。(2) ARORA 指定了一個(y )解析的濃度和溫度依賴關系的模型，具有以下形式選擇conmob和arora參數(cnsh)都會使用此模型。 模型參數(cnsh)設置也是通過mobility語句來實現。模型的默認值也是硅材料和300K。第66頁/共201頁第六十七頁，共202頁。ARORA遷移率模型(mxng)用戶自定義參數表第67頁/共201頁第六十八頁，共202頁。(3) CCSMOB 指定了一個(y )載流子-載流子散射模型。這個模型是基于Dorkel 和 Leturq 的模型。Dorkel 和 Leturq 的模型是適

50、用于低場強的遷移率模型。它包含了對溫度、摻雜濃度、載流子-載流子散射的函數關系。通過ccsmob參數語句來激活這個模型。這里(zhl) L is 晶格散射， l是離子化摻雜散射 C是載流子-載流子散射。 可以(ky)看出，選定了conmob模型就等同于同時選定了analytic 和arora模型第68頁/共201頁第六十九頁，共202頁。ccsmob遷移率模型(mxng)用戶自定義參數表(4) CVT定義(dngy)了隨縱向電場變化的遷移率模型第69頁/共201頁第七十頁，共202頁。（5） FLDMOB 定義了橫向(hn xin)電場遷移率模型。在例子中已經有所介紹，其滿足下列關系式：第70

51、頁/共201頁第七十一頁，共202頁。(6) KLA 指定了 Klaassen 遷移率模型此模型整合了多數和少數載流子遷移率模型。包括(boku)了晶格散射效應、摻雜散射、載流子-載流子散射相應等。 此模型和實驗值吻合的非常好。以施主摻雜濃度為函數的電子多數載流子遷移率可以涵蓋從1e14到1e22的廣闊范圍。以受主摻雜濃度為函數的電子少數載流子遷移率可以涵蓋從1e17到1e20的范圍。以施主摻雜濃度為函數的空穴少數載流子遷移率可以涵蓋從1e17到1e20的范圍溫度設定范圍為70K到500K此模型可在MOS或Bipolar仿真中使用。第71頁/共201頁第七十二頁，共202頁。（7）MIN.SU

52、RF 指定了 WATT, TASCH或 SHI mobility 模型(mxng)，只能用于少數載流子。遷移率模型(mxng)總表第72頁/共201頁第七十三頁，共202頁。復合模型介紹(jisho)：(1) AUGER 參數語句指定了 Auger 復合模型。Augn和augp是用戶自定義材料參數(cnsh)。其缺省值如下（2）AUGGEN指定程序使用Auger 復合(fh)模型為激發項和復合(fh)項。第73頁/共201頁第七十四頁，共202頁。（3）CONSRH指定Shockley-Read-Hall復合模型，這個模型使用 了隨濃度變化的載流子壽命。滿足(mnz)下列公式：n 是總摻雜濃度

53、(nngd) TAUN0, TAUP0, NSRHN, 和 NSRHP 參數可以通過Material語句來設定。（4）SRH指定(zhdng)程序使用恒定載流子壽命的Shockley-Read-Hall模型第74頁/共201頁第七十五頁，共202頁。（5）KLAAUG指定程序優先(yuxin)使用 Klaassen模型(6) KLASRH第75頁/共201頁第七十六頁，共202頁。（7）TRAP.COULOMBIC 對應于庫侖(kln)勢阱 Poole-Frenkel 勢壘降低模型。（8）TRAP.TUNNEL 對應(duyng)于 trap-assisted 躍遷模型（9）TATUN 對應(

54、duyng)于 Klaassen trap-assisted 躍遷模型第76頁/共201頁第七十七頁，共202頁。激發模型介紹(jisho)： 1. 能帶間躍遷模型（1）BBT.KL 定義了一個基于Klaassen的能帶間躍遷模型 （2）BBT.STD 定義了一個標準能帶躍遷模型模型（1）（2）均滿足(mnz)下列公式：對于(duy) BBT.STD對于 BBT.KL第77頁/共201頁第七十八頁，共202頁。（4）DEVDEG.H 激活了由熱空穴注入所導致的 器件退化模型。此情況(qngkung)下，HHI 也要被選定（5）DEVDEG.B同時激活了由熱電子注入和熱空穴注入所導致的 器件退化

55、模型。此情況(qngkung)下，HEI和HHI 也要同時被選定。（3）DEVDEG.E 激活了由熱電子注入所導致的 器件(qjin)退化模型。 此情況下， HEI 也要被選定。（6）HEI 指定了注入到氧化物中的熱電子。這個參數可以用來仿真MOS柵極(shn j)電流或EPROM編程過程。（7）HHI指定了注入到氧化物中的熱空穴。2. 熱載流子模型：第78頁/共201頁第七十九頁，共202頁。#語句12 命令執行語句solve語句介紹：solve是命令atlas在一個或多個(du )偏壓點（bias point）進行求解的語句solve init解析：init是初始化（initial）參數，

56、表示將所有電壓歸零。對于指定結構，如果在初始偏置點沒有標明這個參數，系統將自動賦予這個參數。第79頁/共201頁第八十頁，共202頁。#語句13 數值方法選擇語句methodmethod newton解析： method是用來設置求解方程(fngchng)或參數的數值方法。第80頁/共201頁第八十一頁，共202頁。#語句14 運行數據結果保存語句 語句介紹：輸出結構(jigu)結果保存語句log是用來將程序運行后所計算的所有結果數據保存到一個以log為擴展名結尾的文件中的一個語句。從solve語句中運算后所得到的結果都會保存在其中。log outfile=diodeex01.log第81頁/

57、共201頁第八十二頁，共202頁。# 語句(yj)15 solve 語句(yj)solve vanode=0.05 vstep=0.05 vfinal=1 name=anodetonyplot diodeex01.log -set diodeex01_log.setquit第82頁/共201頁第八十三頁，共202頁。第83頁/共201頁第八十四頁，共202頁。語句匯總：Contact 設置接觸類型Doping 設置摻雜類型Electrode 設置電極Go 仿真器調用Log 定義輸出(shch)數據文件語句Material 定義材料類型Mesh 定義初始化網格信息Method 設置數值方法Mob

58、ility 設置遷移率模型Models 選取仿真模型Quit 程序退出語句Region 定義區域語句Save 結構文件保存語句Solve 求解語句Tonyplot 繪圖語句X.MESH Y.MESH Z.MESH 定義x,y,z方向網格語句第84頁/共201頁第八十五頁，共202頁。三、 二極管仿真 Diode Simulation二極管簡介：為一個由p型半導體和n型半導體形成的p-n結，在其界面處兩側形成空間電荷層，并建有自建電場。當不存在外加(wiji)電壓時，由于p-n 結兩邊載流子濃度差引起的擴散電流和自建電場引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態。基本特性：單向導電性。第85頁/共201

59、頁第八十六頁，共202頁。二極管的應用1、整流二極管 利用二極管單向導電性，可以把方向交替變化的交流電變換成單一方向的脈沖(michng)直流電。 2、開關元件 二極管在正向電壓作用下電阻很小，處于導通狀態，相當于一只接通的開關；在反向電壓作用下，電阻很大，處于截止狀態，如同一只斷開的開關。利用二極管的開關特性，可以組成各種邏輯電路。 3、限幅元件 二極管正向導通后，它的正向壓降基本保持不變（硅管為0.7V，鍺管為0.3V）。利用這一特性，在電路中作為限幅元件，可以把信號幅度限制在一定范圍內。 4、繼流二極管 在開關電源的電感中和繼電器等感性負載中起繼流作用。 第86頁/共201頁第八十七頁，

60、共202頁。5、檢波二極管 在收音機中起檢波作用。 6、變容二極管 使用于電視機的高頻頭中。 7、顯示元件 用于VCD、DVD、計算器等顯示器上。 8、穩壓二極管 反向擊穿(j chun)電壓恒定，且擊穿(j chun)后可恢復，利用這一特性可以實現穩壓電路。第87頁/共201頁第八十八頁，共202頁。二極管工作原理：晶體二極管為一個由p型半導體和n型半導體形成的p-n結，在其界面處兩側形成空間電荷層，并建有自建電場。當不存在外加電壓時，由于p-n 結兩邊載流子濃度差引起的擴散電流和自建電場引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態。當外界有正向電壓偏置時，外界電場和自建電場的互相(h xing)抑消作用使載