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1、SILVACOATLAS 操作文档中山大学微电子实验室 1 一、 ATLAS 概述 ATLAS 是一个基于物理规律的二维器件仿真工具，用于模拟特定半导体结构的电学特性，并模拟器件工 作时相关的内部物理机理。 1.1. ATLAS 输入与输出 ATLAS 输入与输出 大多数 ATLAS 仿真使用两种输入文件：一个包含 ATLAS 执行指令的文本文件和一个定义了待仿真结构 的结构文件。 ATLAS 会产生三种输出文件：运行输出文件(runtimeoutput)记录了仿真的实时运行过程，包括错误信 息和警告信息；记录文件(log files)存储了所有通过器件分析得到的端电压和电流；结果文件(sol
2、ution files)存储了器件在某单一偏置点下有关变量解的二维或三维数据。 2.2. ATLAS 命令的顺序 ATLAS 命令的顺序 在 ATLAS 中，每个输入文件必须包含按正确顺序排列的五组语句。这些组的顺序如图 1.1 所示。如果 不按照此顺序，往往会出现错误信息并使程序终止，造成程序非正常运行。 3.3. 开始运行 ATLAS 开始运行 ATLAS 1) 点击桌面图标“Exceed XDMCP Broadcast” 。 （如图 1.2） 2) 弹出图二的界面。点击“ASIC-V890” ， 点 OK 进入。 3) 输入用户名,如“test*” ， ；输入密码 (注意大小写,并且本软
3、件不显示密码图案“*” ，一定注意 输入正确与否)，点击 OK。进入界面 4) 右击空白处选择“Tools”,再点击“Terminal” 。 （如图 1.4） 图 1.1 图 1.2 图 1.3 中山大学微电子实验室 SILVACOATLAS 操作文档中山大学微电子实验室 2 5) 创建根目录并进入 ATLAS 软件 5.1 创建根目录 (1)右击选择“Files”,“File Manager” （如图 1.5）.找到“experiment”文件夹并双击打开（如 图 1.6） 。 (2)点击左上角“File” ， “new folder”.并在弹出窗口中“new folder name”中输入
4、自己的名字 如”luyawei” （如图 1.9） ，回到“Terminal”窗口。 （3）输入“deckbuild as 区域 3 的数据为“0.5,1,0,0.5” ， “Material”为“Silicon” 。按下“WRITE” 。生成语句如图 3.7. 行语句解释： a. Region：区域定义命令。 b. Number：区域标号 c. x.min， x.max 等：指定所要定义的区域。 d. Material：定义材料类型，可以选择提供的各种材料。 e. polarization calc.strain 等：申明极化效应，并对极化效应大小及极化电荷密度进行计算。 3. 定义电极定义
5、电极 本节将为上述定义好的各个区域引出电极。为此我们将使用 electrode 命令。 1) 依次点击右上角“commands” 、 “structure” 、 “Electrode” 。进入图 3.8 的“AtlasElectrode”界面。 2) 点击“Adddelctrode” ，选择“gate” ；然后依次添加“drain” ， （如图 3.9） ； 3) 点击 “gate” ， 再点击 “definelocation” 。 输入如图 3.10 中的数据 （0.55,0.55,0.1,0.08） ； 同样再选择 “drain” ， 输入如图 3.11 中的数据（0.7,0.9,0.1,
6、0.01） 。同样再选择“source” ，输入如图 3.12 中的数据 （0.9,0.7,0.1,0.01） 。点击“WRITE”,生成语句如图 3.13. 图 3.6 图 3.7 图 3.8图 3.9 中山大学微电子实验室 SILVACOATLAS 操作文档中山大学微电子实验室 6 行语句解释： a. Electrode：定义电极命令。Name 是电极名。 b. Number：引出电极区域标号。 c. Contact：为每个电极添加接触类型。Name 是电极名，紧接着就是接触类型。 4. 定义摻杂定义摻杂 本节为区域 2、3、4 摻杂，区域 2 中摻入浓度为 1e17 的施主杂质，区域 3
7、、4 中摻入浓度为 1e19 的施主杂 质。我们将使用 doping 命令。 1) 依次点击右上角“commands” 、 “structure” 、 “Doping” ， “Analytic” 。进入图 3.14 的“AtlasDopingProfile” 界面。 2) “ProfileType”选择 uniform， “conc”中填入“1e17” ， “regions”选择 2，其余保持默认。点击“WRITE” 。 语句如下所示. 3) 同第 1 步再次进入“AtlasDopingProfile”界面。 “ProfileType”选择 uniform， “conc”中填入“1e19” ，
8、 “regions”选择 3，其余保持默认。点击“WRITE” 。 4) 将第 3 步再操作一遍只是将“regions”选择 4，生成语句如下。 图 3.10 图 3.11 图 3.12 图 3.13 图 3.14 中山大学微电子实验室 SILVACOATLAS 操作文档中山大学微电子实验室 7 a. Doping：摻杂命令 b. Uniform：杂质分布类型是均匀分布。 （常用参数是杂质类型和杂质浓度） c. Conc：杂质浓度；n.type：杂质类型；regions：区域标号。 5. 定义材料特性定义材料特性 所有的材料都被分为半导体、绝缘体、导体三大类。每一类都有特定的参数，如半导体有电
9、子亲和势、 能带间隙、少子寿命等。本节将用 material 命令来定义相关参数。 Material 参数分为几大类。区域参数，能带结构参数，迁移率模型参数，复合模型参数等等。每个参数 都对应一定的物理模型，由一系列方程来表示这些量。 常用参数（命令）有：本征载流子浓度允许的最小值（ni.min） 、电子空穴的寿命（taun0、taup0） 、电 子空穴迁移率（mun、mup） 。 本部分将指定本征载流子浓度允许的最小值为 1e10，电子空穴的寿命均为 1e9s。直接在主窗口中输 入语句。 “material ni.min=1e10 taun0=1e9 taup0=1e9” 四、 模型指定命令
10、组 以上我们已经建立了器件结构， 现在我们将进入模型指定命令组。 在这个命令组中， 我们将分别用 Model 语句、Contact 语句和 Interface 语句定义模型、接触特性和表面特性。 1. 选定物理模型 本节将用 models 命令指定物理模型。这些物理模型可以分为五组：迁移率模型，复合模型，载流子统 计模型，碰撞离化模型和隧道模型。针对目前的技术均有简便的方法配置相应模型，例如本实验的 MOS 技 术应选用的基本模型有迁移率模型（CVT） ，复合模型(SRH)，载流子统计模型(fermidirac)。 本节将选用载流子统计模型(fermidirac)。具体方法是： 1) 依次点击
11、右上角“commands” 、 “models” 、 “models” 。进入图 4.1 的“Atlasmodels”界面。 2) “Catagory”选择“Statistics”; 下面选择“fermidirac” ；点击“WRITE”。 图 4.1 图 4.2 中山大学微电子实验室 SILVACOATLAS 操作文档中山大学微电子实验室 8 2. 定义接触类型 与半导体材料接触的电极默认其具有欧姆特性。如果定义了功函数，电极将被作为肖特基（Shottky） 接触处理。Contact 语句用于定义有一个或多个电极的金属的功函数。 1) 依次点击右上角“commands” 、 “models”
12、 、 “contact” 。进入 “Atlascontact”界面。如图 4.2 2) “Electrodename”中填入“gate” ， “workfunctiondifference”选择“Al”,点击“WRITE”。 3) 再次进入 “Atlascontact” 界面， “Electrodename” 中填入 “source” ， “workfunctiondifference” 选择 “Al” ， 勾选“surfacerecombination”,点击“WRITE”。 4) 再次进入“Atlascontact”界面， “Electrodename”中填入“gate” ， “workf
13、unctiondifference”选择“Al” 勾选“surfacerecombination”,点击“WRITE”。 生成语句如下： 以上我们将每个电极均定义为欧姆接触，接触势为 4.1。 3. 指定接触面特性 为了定义 NMOS 结构的接触面特性，我们需要使用 Interface 语句。这个语句用来定义接触面电荷浓度 (qf)以及半导体和绝缘体材料接触面的表面复合率(s.n.、s.p.)。定义硅和氧化物接触面电荷浓度固定为 310 10cm-2，步骤如下： 1) 在 ATLAS Commands 菜单中，依次选择 Models 和 Interface项。Deckbuild：ATLAS I
14、nterface 菜单 将会出现；在 Fixed Charge Density 一栏中输入 3e10，如图 4.5 所示； 图 4.3 图 4.4 中山大学微电子实验室 SILVACOATLAS 操作文档中山大学微电子实验室 9 2) 点击 WRITE 将 Interface 语句写入 DECKBUILD 文本窗口中。语句如下： Interface s.n=0.0 s.p=0.0 qf=3e10 4. 输出器件结构 如第一部分所述“结果文件(.str)存储了器件在某单一偏置点下有关变量解的二维或三维数据” ，我们只 需用 silvaco 自带的画图工具 tonyplot 对.str 文件操作即
15、可直接输出器件的结构。 1) 在程序窗口中输入下面的语句： 2) 点击右上角的“run” ，弹出已经建好的器件结构如图 4.6 五、 数字方法选择命令组 1. 首先我们要载入刚刚已经建立的器件模型。步骤如下： 图 4.5 图 4.6 中山大学微电子实验室 SILVACOATLAS 操作文档中山大学微电子实验室 10 1) 输入“go atlas” 。启动 ATLAS。 2) 在 ATLAS Commands 菜单中，依次选择 Structure 和 Mesh项。ATLAS Mesh 菜单将会弹出，如图 5 所 示； 图 5 ATLAS Mesh 菜单 3) 在 Type 栏中，点击 Read
16、from file； ，在 File name 栏中输入结构文件名“NMOS.str” ； 4) 点击 WRITE 键并将 Mesh 语句写入 DECKBUILD 文本窗口中，如下所示。 2. 接下来，我们要选择数字方法进行模拟。可以用几种不同的方法对半导体器件问题进行求解。对 MOS 结构而言，我们使用去偶（GUMMEL）和完全偶合（NEWTON）这两种方法。简单的说，以 GUMMEL 法为例 的去偶技术就是在求解某个参数时保持其它变量不变，不断重复直到获得一个稳定解。而以 NEWTON 法 为例的完全偶合技术是指在求解时，同时考虑所有未知变量。Method 语句可以采用如下方法： 1) 在 ATLAS Commands 菜单中，依次选择 Solutions 和 Method项。Deckbuild：ATLAS Method 菜单将会 出现；在 Method 栏中选择
