第三讲器件仿真_图文

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1、光 电 子 器 件 综 合 设 计-器 件 仿 真本讲主要内容 器件结构 材料特性 物理模型 计算方法 特性获取和分析2器件仿真流程00:13 Silvaco学习 3器件结构 怎 样 得 到 器 件 的 结 构 ？1、工艺生成2、A TLAS描述3、D evEdit编辑 需 要 注 意 的 情 况 除了精确定义尺寸外也需特别注意网格 电极的定义（器件仿真上的短接和悬空） 金属材料的默认特性devedit ：a thena之外的另一种可以生成器件信息的工具。功能:（1）勾画器件。（2）生成网格。(修改网格)既可以对用devedit画好的器件生成网格，或对 athena工艺仿真生成含有网格信息的器

2、件进行网格修改。为什么要重新定义网格？ 工艺仿真中所生成的网格是用来形成精确度掺杂浓度分布、结的深度等以适合于工艺级别的网格，这些网格某些程度上不是计算器件参数所必需的。例如在计算 如阈值电压、源/漏电阻，沟渠的电场效应、或者载流子迁移率等等。 Devedit可以 帮助在沟渠部分给出更多更密度网格而降低其他不重要的区域部分，例如栅极区域 或者半导体/氧化物界面等等。以此可以提高器件参数的精度。简单说就是重点区域 重点给出网格，不重要区域少给网格。和工艺仿真的区别：devedit - 考虑结果 他不考虑器件生成的实际物理过程，生成器件时不需要对时间、温度等物理量进行考虑。athena - 考虑过

3、程 必需对器件生成的外在条件、物理过程进行描述。ATLAS描述器件结构 ATLAS描 述 器 件 结 构 的 步 骤meshregionelectrodedoping材料特性材料的参数有工艺参数和器件参数材料参数是和物理模型相关联的软件自带有默认的模型和参数可通过实验或查找文献来自己定义 参 数物理模型 物理量是按照相应的物理模型方程 求 得的 物理模型的选择要视实际情况而定 所以仿真不只是纯粹数学上的计算计算方法在求解方程时所用的计算方法计算方法包括计算步长、迭代方法 、 初始化 策略、迭代次数等计算不收敛通常是网格引起的特性获取和分析 不同器件所关注的特性不一样，需 要 对相应器件有所了解

4、 不同特性的获取方式跟实际测试对照 来 理解 从结构或数据文件看仿真结果了解一下 ATLAS ATLAS仿真框架及模块 仿真输入和输出 Mesh 物理模型 数值计算二 、 半 导 体 器件仿 真软件 使用本章介绍 ATLAS器件仿真器中所 用到的 语句和 参数。具体包括：1.语句 的语法规则2.语句 名称3.语句 所用到的参数 列表， 包括类型，默认值及参数 的描述4.正确使用语句的实 例学习重点（1 ） 语法规则（2 ）用A TLAS程序语言编写器 件结构1. 语法规则规则1： 语句和参数是不区分大小写的。 A=a可以在大写字母下或小写字母下编写。 abc=Abc=aBc规则2： 一个语句一

5、般有以下的定义格式：其中：=表示语句名称表示参数名称表示参数的取值。间隔符号是被用来分离语句中的多个参数。解析：在一个语句后的参数可以是单词或者数字。 单词可由字母和数字所组成的字符串。由空格（ space）或回车(carriage return)来终止。例： region (OK) reg ion (wrong)数字可以是数字也可以是字符串也是由空格（ space）或回车(carriage return)来终止。例: 3.16 (OK) 3.1 6 (wrong)数字的取值范围可以从1e -38 到 1e38数字可以包含符号 + 或 或 E（十进制） 例： -3.1415 （OK）规则3:

6、参数有4种类型Parameter Description Value Required ExampleCharacter Any character string Yes material=siliconInteger Any whole number Yes region=1Logical A true or false condition No gaussianReal Any real number Yes x.min=0.1任何没有逻辑值的参数必须按 PARA=VAL 的形式定义 这里P ARA表示参数名称，V AL表示参数值。 包括 ： 特性型，整数型，实数型参数（ Characte

7、r, Integer， Real） 而逻辑型参数必须和其他参数加以区分。例如，在语句：DOPING UNIFORM CONCENTRATION=1E16 P.TYPE 中解析：Doping 是语句名称Uniform 和 p.tpye是两个逻辑型参数，在程序内部对应了逻辑值CONCENTRATION=1E16 对应的是一个实数型参数。每一个语句对应多个参数，这些参数代表了这个语句的某种属性，但都 包含在 4中参数之中。温馨提示：（1 ）命令缩减没有必要输入一个语句或参数名的全称。 ATLAS只需要用户输入足够的字 符来区分于其他命令或参数。例： 命令语句 DOP 等同于 doping， 可以作为

8、其命令简写。 但建议不要过度简单，以免程序含糊不清，不利于将来调用时阅读。（2 ）连续行有的语句超过256个字符，为了不出现错误， ATLAS语序定义连续行。将反斜线符号放在一条语句的末尾，那么程序每当遇到 都会视下一行为 上一行的延续。实例语句2. 通过实例学语句实例简介： 此实例演示了肖特基二极管正向特性。大致分为三个部分（1 ）用a tlas 句法来形成一个二极管结构（2 ）为阳极设置肖特基势垒高度（3 ）对阳极正向偏压#调用a tlas器件仿真器go atlas#网格初始化mesh space.mult=1.0#x方向网格定义x.mesh loc=0.00 spac=0.5x.mesh

9、 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方向网格定义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#定义区域region num=1 silicon#定义电极electr name=anode x.min=5 length=2electr name=cat

10、hode bot#. N-epi doping 定义初始掺杂浓度doping n.type conc=5.e16 uniform#. Guardring doping 定义p 环保护掺杂doping p.type conc=1e19 x.min=0 x.max=3 junc=1 rat=0.6 gauss doping p.type conc=1e19 x.min=9 x.max=12 junc=1 rat=0.6 gauss#. N+ dopingdoping n.type conc=1e20 x.min=0 x.max=12 y.top=2 y.bottom=5 uniformsave o

11、utf=diode.strtonyplot diode.str -set diode.set#物理模型定义model conmob fldmob srh auger bgn#定义接触电极类型contact name=anode workf=4.97#偏压初始化solve init#数值计算方法method newtonlog outfile=diodeex01.log#设置偏压求解solve vanode=0.05 vstep=0.05 vfinal=1 name=anodetonyplot diodeex01.log -set diodeex01_log.setquit解析：（1 ）第一部分

12、语句用来描述器 件，包 括网格 参数（ mesh）, 电极设置（el ectrode locations）以及掺杂分布（ doping distribution） 这是一个具有重掺杂的浮动式 环状保 护区域 的二维 n类型 器件， 它分布在结构的左右两边。肖特 基阳极 在器件 顶端， 重掺杂 的阴极 位于 器 件 底端。（2 ） 在器件描述之后，模型语 句被用 来定义 下列模 型：载 流子 浓 度、迁 移 率、 场迁移率 、能 隙变窄、 SRH激发复合 模型 、Auger复合模型、双载 流子模 型（ carriers=2）。关键语句是设置肖特基接 触contact name= (char表示接

13、触的名称，用英文 字 符来表 示比如 anode cathode)workf=(val表示变量参数，用来设置功函数 大小 )这个语句是用来设置肖特 基电极 的功函 数的。在这个例子里面，因为衬 底是亲 和能为 4.17的n 类型硅 ，所指 定的 功函数为4.9 7，这 样 提供了 一个肖 特基势 垒的高 度为 0.8V. 默认的势 垒高度是0. （一个完美的欧姆接触） 这 个条件 是为阴 极假定 的。（3 ）电 学 仿真简单地 将阳极 电压 以 间隔为 0.05V升至 1.0V.语句和参数详解主要包括三大部分内容（1 ）器件编辑语句 region、el ectrode、dop ing等（2 ）

14、模型与环境设置 语句 models method等（3 ）电学特性仿真语 句 solve 等#语句1 仿真器调用命令语句 go调用 atlas器件仿真器需要用到g o语句：go atlas解析 ： go 用来退出和重新启动a tlas仿真器 注意 ： 这个命令是通过 deckbuild来执行的mesh 语 句 #2 mesh 语 句 功 能 ： mesh定义网格信息。 类 似于 athena仿真器 中的L ine. 语 法 规 则 ：.MESH LOCATION= SPACING= 语 句 解 析 ：此语句定义了网格线的位置 和间隔 。状态 有m esh， x.mesh， y.mesh， el

15、iminate等参数解析：参数#1 mesh：MESH INF= 导入由De vEdit创建的 器件结 构例如：me sh infile=nmos.strmesh space.mult= , 对 网格进 行 控制, 默认值 为 1。 定义网格时必须先使用这 句来初 始化网 格。参数# 2： x.mesh和y .mesh定义 网格位 置及其 间隔( line)x.mesh loc=0.1 spac=0.05mesh 参数#3 Eliminate可以在A TLAS生成的mesh 基础上消除掉一些网格线，消除方 式为隔一条删一条 可用参数有c olumns,rows, ix.low,ix.high,iy.low.ly.high,x.min,x.max,y.min,y.max例如：E liminate colum