silvaco讲解

Silvaco-TCADSilvaco=Silicon+Valley+Corporationwww.silvaco.com.cn目前世界上提供商用TCAD（TechnologyComputerAidedDesign）工具的公司有：Silivaco和Synopsys两家（而ISE已被Synopsys收购），而只有Silvaco是现今市场上唯一能够给代工提供最完整的解决方案和给IC设计公司IC软件的厂商。Silivaco-TCAD的仿真思路和模型是基于成熟的成果，通常是IEEE上发表的。文件类型： Filename.in(DeckBuild界面仿真输入文件) Filename.str(器件结构文件) Filename.log(仿真结果文件或日志文件) Filename.set(Tonyplot设置文件) Filename.lay(掩膜结构信息文件) Filename.dat(结果抽取文件) 其它文件类型：Filename.sepc,Filename.opt,Filename.lib…这些文件全是用C注释器编写的。查看Silivaco-TCAD简介DecBuild Go…quit——启用…关闭仿真器syntax：gosimulator/simflagseg：goatlas，goatlassimflags=“-V5.0.8R”，godevedit“-3d” Tonyplot——可将仿真时生成的临时结构文件、工艺仿真中保存的结构文件、器件编辑器生成的结构文件、器件仿真保存的filename.log文件和提取得到的filename.dat文件显示出来。通过其内嵌计算器可获得很多信息。syntax：tonyplotfileeg：tonyplotfilename.str/file.log/… Set——设置全局变量或者设置Tonyplot的显示方式syntax：setvariable=value（value可以是数值，也可以是表达式）eg1：settemp=1000\设置温度宏变量temp的值为1000setgaspress=1\设置气压宏变量gaspress的值为1diffusetime=30temp=$temppress=$gaspress\在扩散工艺中调用宏变量\temp和gaspresseg2：extractname=“oxidethickness”thicknessoxide\提取氧化层厚度，并将其\命名为oxidethicknesssetetch_thickness=(“oxidethickness”10000)+0.05\以氧化层厚度为变\量，来计算刻蚀深度etchoxidedrythickness=$etchthickness\干法刻蚀氧化层，刻蚀厚度为\表达式计算所得eg3：tonyplotstructure.str-setshow.set\-set表示tonyplot将使用set设置，\show.set表示设置后的结构文件 Extract——提取仿真中得到的信息syntax：extractextract-parameters\提取用户想提取的参数Extract-parameters包括：工艺的单一值（netdoping、c.boron…）、器件的电参数（VT…）、曲线（浓度随深度的分布、栅压随漏电流的变化…）器件仿真器ATLAS结构定义 网格化分：meshmeshspacemult=1.0x.meshlocation=1spacing=1x.meshlocation=10spacing=1y.meshlocation=1spacing=1y.meshlocation=10spacing=1z.meshlocation=1spacing=1z.meshlocation=10spacing=1进行二维模拟时，所有语句中z方向尺寸均默认为1m除此之外如有需要还可定义圆柱形网格 网格栅除：eliminateeliminatecolumns\x.min=1x.max=4y.min=1y.max=4eliminaterows\x.min=1x.max=4y.min=1y.max=4columns=y.dirrows=x.dir 网格细化：regrid 掺杂细化 regridlogdopingratio=6outf=grid1dopf=dopxxsmooth=4 电势细化 regridpotentialratio=0.2outf=grid3.strsmooth=4 区域定义：regionSyntax：regionnumber=nmaterialpositionregionnumber=1material=siliconx.min=0x.max=100y.min=0y.max=10\z.min=0z.max=10n：介于1~200之间，建议按从小到大的顺序定义。material：各种材料的命名见说明书的AppendixB：“materialsystem”，所有材料被分为3种：导体、半导体和绝缘体。该参数并不是只代表材料名称，它也有其它代表意义，详情请查看说明书。position：除了 例句 文言文120个实词例句及翻译使动用法例句独立主格结构例句现在进行时被动语态例句一般现在时被动语态例句 中的定义方式还有其它方式，比如对于圆柱形网格的区域定义等。 电极定义：electrodeeg：electrodename=anodetopleftlength=5electrodename=anodex.min=0x.max=5y.min=0y.max=0.1name：只有以下列出的电极名称才可用作定义电压或电流边界条件DRAINSOURCEBULKSUBSTRATEEMITTERCOLLECTORBASEANODECATHODEWELLNWELLPWELLCHANNELGROUNDNSOURCEPSOURCENDRAINPDRAINVDDVSSVEEVBBVCC以下电极除能用来定义电压电流边界条件外还可定义电荷边界条件GATEFGATECGATENGATEPGATEVGGeg：electrodenumber=ntopleftlength=5n：介于1~50之间，定义时无顺序限制。若未对电极进行编号只是定义了电极名称，那么自动默认为从小到大排列。电极定义方式很多，用户可根据需要灵活选择 掺杂浓度定义dopingeg：DOPINGUNIFORMCONCENTRATION=1E16N.TYPEDOPINGGAUSSIANCONCENTRATION=1E18CHARACTERISTIC=0.05\P.TYPEX.LEFT=0X.RIGHT=1PEAK=0.1如果在某个区域内已经定义了高斯分布及相应的杂质浓度，则用户可通过参数JUNCTION来定义结深，来代替参数CHARACTERISTIC。eg：dopingreg=2gaussconc=1.e17p.typejunc=47dopingreg=1gaussconc=1.e19n.typejunc=16x.l=0x.r=100rat=0.8材料模型定义 材料定义：materialeg1：materialregion=1eg300=1.12affinity=4.05permittivity=11.9\nc300=2.8e19nv300=1.1e19edb=0.01eab=0.02\taun0=1e-7taup0=1e-8…eg2：materialmaterial=silicon… 模型定义：models和impactmodels可定义除碰撞电离以外的其他所有模型，还有温度等。如常见的有：conmobfldmobbgnincompleteanalyticsrhfermidirac…为了模拟方便按器件归类还有以下综合模型：MOS,BIPOLAR,PROGRAM和ERASE，其每个综合模型均包还有一组关于迁移率、复合、载流子统计和隧道模型，但是这些不足以描述该器件中的所有物理过程，还必须与其它模型组合使用，详情可查看说明书3.6节“physicalmodels”。eg1：modelsmosprint\该句使用了：cvt,srh和fermidirac模型eg2：modelsbipprint\该句使用了：conmob,fldmob,consrh,auger和bgn模型print可以在实时输出窗口中显示材料阐述和模型等信息，以便用户核对。Impact只定义碰撞电离，如：selb，vanovers… 接触特性定义contact默认情况下：金属半导体接触为欧姆接触，所以对需要欧姆接触特性的电极无需定义接触特性。只要定义了功函数则认为是肖特基接触（两者功函数相等时变成欧姆接触）eg：CONTACTNAME=gateWORKFUNCTION=4.8用户可以用材料名来代替功函数的定义（ALUMINUM,N.POLYSILICON,P.POLYSILICON,TUNGSTEN,和TU.DISILICIDE）：eg：CONTACTNAME=gateN.POLYSILICONALUMINUM和重掺Si的接触为欧姆接触，此时若定义功函数则是错误的：eg：CONTACTNAME=gateALUMINUM/*wrong*/定义肖特基接触的势垒和偶极子降低的势垒高度：eg：CONTACTNAME=anodeWORKFUNCTION=4.9BARRIERALPHA=1.0e-7势垒降低系数设为1nm 设置电流边界条件contacteg：contactname=cathodecurrent\主要用在击穿特性的模拟中 外部电阻，电感和电容的定义contacteg：CONTACTNAME=drainRESISTANCE=50.0\CAPACITANCE=20e-12INDUCTANCE=1e-6在漏极并联一个50Ω的电阻，20pF的电容和1H的电感注意：在二维模拟器中，由于z方向的默认值为1m，所以默认的电阻单位为Ω∙m，电容单位为F/m，电感的单位为：H∙m。eg：CONTACTNAME=sourceCON.RESISTANCE=0.01定义了电极接触的分布电阻，0.01Ω∙cm2。CON.RESISTANCE不能和RESISTANCE同时使用。 浮动接触定义contact应用于两种情况：1、EEPROM和其他编程器件；2、功率器件中的浮动场板eg：CONTACTNAME=fgateFLOATING将名为fgate的电极定义为浮动电极，并且将在该电极上默认使用电荷边界条件。eg：CONTACTNAME=drainCURRENT对于直接金半接触的浮动电极，不能用参数”FLOATING“，这种情形需要将该电极定义为电流边界条件，并在之后的solve语句中将其电流设为0。eg：CONTACTNAME=drainRESIST=1e20在电极上设置一个很大的电阻，这样一来流过该电极的电流会非常小，也就相当于浮动电极。 电极短路contact除了定义同样的电极名外contactname=base1common=base是电极短接的另一种办法。eg：CONTACTname=base1COMMON=baseFACTOR=0.5上例中Vbase1=Vbase+0.5eg：CONTACTname=base1COMMON=basemultFACTOR=0.5上例中Vbase1=Vbase0.5注意：以上两例对电流边界条件不适用如果从ANTHENA或DEVEDIT导入的结构中已有电极名称的定义，ATLAS将会自动对其进行短接，并沿用已有的电极名。 电极开路contact1、删除要开路的电极2、在需要开路的电极上并接一个极大的外电阻3、先将需要开路的电极有设成电流边界条件，然后再将流过该电极的电流值设得很小或为0。 界面定义interface*界面态的定义（必须interface与inttrap一起使用）interfaces.scharge=-5e14thermionictunnelx.min=9x.max=14y.min=2.5\y.min=2.502inttraps.se.level=1.61acceptordensity=5e14degen=1sign=7e-16\sigp=6e-16上例中interface语句定义了在指定的半导体异质结界面存在5e14的界面电荷，其电子输运机制为thermionic&tunnel两个模型。inttrap语句定义了在指定的半导体异质结界面的界面电荷起受主作用在禁带中引入的能级位置在导带下1.61eV处，且该受主能级的简并度为1，对电子和空穴的俘获截面各为7e-16和6e-16。acceptor—-5e14—e.level以导带为参考donor—+5e14—e.level以价带为参考*界面固定电荷的定义INTERFACEQF=3e10X.MIN=1.0X.MAX=2Y.MIN=0.0Y.MAX=0.5 体内陷阱的定义traptrapmaterial=Silicone.level=0.9donordensity=1e13degen=1sign=5e-13\sigp=5e-13选取数值求解方法 MethodATLAS仿真半导体器件是基于对1~6个相互关联的非线性偏微分方程的求解。ATLAS在每个格点对这组方程进行数值计算得到器件的特性。1、gummelGummel迭代法收敛慢，但能容忍粗糙的初始假设值；Gummel迭代法不能用于含有集总元件或电流边界条件情形的求解；默认的Gummel迭代式阻尼的，可将参数dvlimit设置成负值或零让迭代成为非阻尼的；Gummel迭代时的线性Poisson求解的数目限制为1，这会导致电势更新时的弛豫不足。“single-Poisson”求解模式可扩展Gummel迭代方法的应用范围,这在小电流Bipolar仿真和MOS饱和区的仿真上很有用。使用方法：methodsinglepoisson2、newtonNewton迭代法每一次的迭代将非线性的问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 线性化处理，离散化的“尺寸”较大，则所需的时间也会变长。如果初始假设很成功的话，就能很快得到收敛，且结果比较满意。Newton迭代法是ATLAS计算漂移-扩散的默认方法。此外还有其他的计算需要采用Newton迭代法，如：DC扫描，瞬态扫描，curvetracing，频域的小信号分析。Newton-Richardson迭代法是Newton迭代法的变体，当收敛放慢时它会计算新的系数矩阵。Method的参数设置为autonr时会自动采用Newton-Richardson迭代法。如果经过很多步才能收敛，问题可能来自于：网格定义（高宽比或宽高比很大的三角形太多），耗尽区扩展到已定义为欧姆接触的地方，初始假设值很差。3、block在含有晶格加热或能量平衡方程时block迭代法很有用。Block迭代法计算一些由不同方程按不通顺序组成的子方程组。在不等温的漂移-扩散仿真时指定block迭代法，则Newton迭代法将更新电势和掺杂浓度，去耦之后计算热流方程。都包含热流方程和载流子温度方程时，block迭代法将首先计算最初的温度，然后将晶格温度去耦之后进行迭代。4、组合迭代有时需要将newton迭代、gummel迭代和block迭代组合使用。可以先用gummel迭代法，一定计算步数还不收敛时再转为采用newton迭代或block迭代计算。Gummel迭代的次数由参数gum.init设定。在包含晶格加热或能量平衡计算时，可以先采用block迭代法，然后用newton迭代法，block迭代的次数上限用nblockit设置。5、例句基本漂移扩散计算：Methodgummelnewton晶格加热时的漂移扩散计算：Methodblocknewton能量平衡计算：Methodblocknewton计算的载流子数，默认是2，也可以是1或0。载流子类型elec和hole分别表示电子和空穴，载流子类型设置为1时，可以设为elec或hole。载流子类型设置为0时，将主要得到电势分布的仿真结果。Methodcarriers=2Methodcarriers=1elec或Methodcarriers=1holeMethodcarriers=0求解 Solve、log和tonyplot初始化偏置：solveinit设置偏压：solvevanode=10使用前面的最终结果：solveprevious电压扫描：solvevanode=0vfinal=10vstep=0.1name=anode电流扫描：solveianode=0ifinal=10istep=0.1name=anode还有瞬态，交流小信号等特性的扫描。Curvetrace扫描，用于多值特性的扫描，二次击穿，pnpn栓锁特性等。curvetracecontr.name=anodebeg.val=0step.init=1\nextst.ratio=1.39mincur=1e-12end.val=1e-2curr.contlogoutfile=ltt.logsolvecurvetracetonyplotltt.log结构文件的保存：outputband.paramband.tempcon.bandval.bandsolveinitoutf=ltt.strmaster/保存atlas标准文件格式tonyplotltt.str Load从文件中导入先前的结果作为后续的或其它点的初始假设值。 Save将所有结点的信息保存到输出文件。loadin1file=filenamein2file=filenamesolveoutfile=solv.strmaster二极管仿真举例：goatlas#网格划分meshspacemult=1x.meshloc=0.0spac=1x.meshloc=10spac=1y.meshloc=0.0spac=0.1y.meshloc=5.0spac=0.01y.meshloc=10spac=0.1regionnum=1siliconelecnum=1top^left^length=10\name=anodeelecnum=2bottom^right^length=10\name=cathodedopingreg=1uniformconc=1e16\n.typedopingreg=1gaussconc=1e18p.type\char=0.05x.left=0x.right=10\peak=0.1modelsanalyticfldmobsrhaugerbgn\temperature=293print#impactselblength.rellrel.ho=0.025\lrel.el=0.025materialregion=1taurel.el=0.25e-12\taumob.el=0.25e-12\taurel.ho=0.25e-12\taumob.ho=0.25e-12outputband.paramband.tempcon.band\val.bandsolveinitoutf=guass.strmastertonyplotguass.strquit结构图特性输出：在前面的例子中的quit之前加入以下语句：methodnewtonlogoutfile=pn.logsolvevanode=0vfinal=2\vstep=0.01name=anodetonyplotpn.log软件说明书的阅读个人心得 在结构定义时，尽量减少区域的数量； 模拟时不要心急，先确定好器件的热平衡态的所有特性，包括掺杂浓度、电场分布、能带结构、网格化分等许多基本信息是否与自己希望的一样； 确认后器件的热平衡态的所有特性无误后，再进行特性模拟。特性模拟时要注意步长的选取，在能容忍的时间范围内，尽量减小扫描步长以获得细腻的特性，否则可能会跳过某些关键点； 看到模拟的器件特性之后不要草草下结论其正确与否，要细心甄别；