工艺及器件仿真工具SILVACO-TCAD.doc

4.1.10多晶硅栅的淀积淀积可以用来产生多层结构。共形淀积是最简单的淀积方式，并且在各种淀积层形状要求不是非常严格的情况下使用。NMOS工艺中，多晶硅层的厚度约为2000 ，因此可以使用共形多晶硅淀积来完成。为了完成共形淀积，从ATHENA Commands菜单中依次选择Process、Deposit和Deposit菜单项。ATHENA Deposit菜单如图4.30所示；a. 在Deposit菜单中，淀积类型默认为Conformal；在Material菜单中选择Polysilicon，并将它的厚度值设为0.2；在Grid specification参数中，点击Total number of layers并将其值设为10。（在一个淀积层中设定几个网格层通常是非常有用的。在这里，我们需要10个网格层用来仿真杂质在多晶硅层中的传输。）在Comment一栏中添加注释Conformal Polysilicon Deposition，并点击WRITE键；b. 下面这几行将会出现在文本窗口中：#Conformal Polysilicon Deposition图4.30 ATHENA 淀积菜单deposit polysilicon thick=0.2 divisions=10c. 点击DECKBUILD控制栏上的Cont键继续进行ATHENA仿真；d. 还是通过DECKBUILD Tools菜单的Plot和Plot structure来绘制当前结构图。创建后的三层结构如图4.31所示。图4.31 多晶硅层的共形淀积4.1.11简单的几何图形刻蚀接下来就是多晶硅的栅极定义。这里我们将多晶硅栅极的左边边缘定为x=0.35m，中心定为x=0.6m。因此，多晶硅应从左边x=0.35m开始进行刻蚀，如图4.32所示。图4.32 ATHENA Etch菜单a. 在DECKBUILD Commands菜单中依次选择Process、Etch和Etch。出现ATHENA Etch菜单；在Etch菜单的Geometrical type一栏中选择Left；在Material一栏中选择Polysilicon；将Etch location一栏的值设为0.35；在Comment栏中输入注释Poly Definition；点击WRITE键产生如下语句：#Poly Definitionetch polysilicon left p1.x=0.35b. 点击DECKBUILD控制栏上的Cont键以继续进行ATHENA仿真，并将刻蚀结构绘制出来，如图4.33所示；图4.33 刻蚀多晶硅以形成栅极4.1.12多晶硅氧化接下来需要演示的是离子注入之前对多晶硅进行的氧化处理。具体方法是900C，1个大气压下进行3分钟的湿氧化。因为氧化过程要在非平面且未经破坏的多晶硅上进行，我们要使用被称为fermi和compress的两种方法。Fermi法用于掺杂浓度小于11020cm-3的未经破坏的衬底而compress法用于在非平面结构上仿真氧化和二维氧化。为了演示这一氧化过程，可在ATHENA Commands菜单中选择Process和Diffuse菜单项并调出Diffuse菜单。a. 在Diffuse菜单中，将Time从11改为3，Temperature从950改为900；在Ambient一栏中，点击Wet O2；激活Gas pressure这一栏，而不要选中HCL栏；在Display栏中点击Models，可用的模式将会列出来；同时激活Diffusion和Oxidation模式，并分别选择Fermi和Compressible项；在Comment栏中输入注释Polysilicon Oxidation，并点击WRITE键；b. 下面的Diffuse语句将会被添加到输入文件中：#Polysilicon Oxidation method fermi compress diffus time=3 temp=900 weto2 press=1.00c. 点击DECKBUILD控制栏上的Cont键继续进行ATHENA仿真，并将结构绘制出来，如图4.34。从图中可以看出，在这一氧化过程中，多晶硅和衬底的表面都形成了氧化层；图4.34 多晶硅氧化后形成的氧化层4.1.13多晶硅掺杂在完成了多晶硅氧化之后，接下来要以磷为杂质创建一个重掺杂的多晶硅栅极。这里杂质磷的浓度为31013cm-3，注入能量为20KeV。为了演示多晶硅掺杂这一步骤，我们将再一次使用ATHENA Implant菜单。a. 在Commands菜单中，依次选择Process和Implant。出现ATHENA Implant菜单；在Impurity栏中，将Boron改为Phosphorus；在Dose和Exp：两栏中分别用滚动条或者直接输入值3、13；在Energy、Tilt和Rotation中分别输入值20、7、30；Model默认为Dual Pearson；将Material Type选为Crystalline；在Comment栏中输入Polysilicon Doping；点击WRITE键，注入语句将会出现在文本窗口中：#Polysilicon Dopingimplant phosphor dose=3e13 energy=20 crystalb. 点击DECKBUILD控制栏上的Cont键继续进行ATHENA仿真，点击Display（2D Mesh）菜单上的Contours键及Apply键将结构的Net Doping绘制出来，如图4.35所示；图4.35 多晶硅注入离子后的净掺杂轮廓图c. 为了看到注入磷后的轮廓图，可在Display（2D Mesh）菜单中点击Define子菜单并选择contours，TONYPLOT：contours弹出的窗口将会出现。在Quantity选项中，默认选为Net Doping。现在将Net Doping改为Phosphorus；d. 依次点击Apply键和Dismiss键；注入磷杂质的侧面轮廓图将会出现如图4.36所示；图4.36 注入磷杂质的侧面轮廓图4.1.14隔离氧化层淀积在源极和漏极植入之前，首先需要演示的是隔离氧化层的淀积。这里隔离氧化层淀积的厚度为0.12m。这可通过ATHENA Deposit菜单实现，步骤如下：a. 在ATHENA Commands菜单中，依次选择Process、Deposit和Deposit菜单项。ATHENA Deposit菜单将会出现；b. 在Material菜单中选择Oxide，并将其厚度值设为0.12；将Grid specification参数“Total number of grid layers”设为10；在Comment栏中添加注释语句Spacer Oxide deposition，并点击WRITE键；淀积语句将会出现在DECKBUILD文本窗口中：#Spacer Oxide DepositionDeposit oxide thick=0.12 divisions=10c. 点击DECKBUILD控制栏上的Cont键以继续进行ATHENA仿真，并将图示的结构用网格格表示出来，如图4.37所示；图4.37 隔离氧化层淀积后的结构网格4.1.15侧墙氧化隔离层的形成为了形成侧墙氧化隔离，必须进行干刻蚀。这可以通过ATHENA Etch菜单来完成，步骤如下：a. 在Etch菜单的Geometrical type一栏中，点击Dry thickness；在Material一栏中，选择Oxide；在thickness栏中输入值0.12；在Comment栏中添加注释Spacer Oxide etch；点击WRITE键后将会出现如下语句：#Spacer Oxide Etchetch oxide dry thick=0.12；b. 继续ATHENA仿真，将刻蚀后的结构图绘制出来，如图4.38所示； 图4.38 干刻蚀后侧墙氧化层的形成4.1.16源/漏极注入和退火要形成NMOS器件的重掺杂源/漏极，就需要进行砷注入。砷的浓度为，注入能量为50KeV。为了演示这一注入过程，我们将再一次使用ATHENA Implant菜单。在调用出注入菜单以后，具体步骤如下：a. 在Impurity栏中将注入杂质从Phosphorus改为Arsenic；分别在Dose和Exp：中输入值5和15；在Energy、Tilt和Rotation中分别输入值50、7、30；将Material Type选为Crystalline；在Comment栏中输入Source/Drain Implant；点击WRITE键，注入语句将会出现在如下所示的文本窗口中：#Source/Drain Implantimplant arsenic dose=5e15 energy=15 crytal紧接着源/漏极注入的是一个短暂的退火过程，条件是1个大气压，900C，1分钟，氮气环境。该退火过程可通过Diffuse菜单实现，步骤如下：b. 在Diffuse菜单中，将Time和Tempreture的值分别设为1和900；在Ambient栏中，点击Nitrogen；激活Gas pressure，并将其值设为1；在Display栏中点击Models，然后可用的模式将会列出来；选中Diffusion模式并选择Fermi项。不要选择Oxidation模式；在Comment栏中添加注释Source/Drain Annealing并点击WRITE键；下面这些扩散语句将会出现在文本窗口中：#Source/Drain Annealingmethod Fermidiffus time=1 temp=900 nitro press=1.00c. 点击DECKBUILD控制栏上的Cont键以继续进行ATHENA仿真，并将结构的杂质分布图表示出来，如图4.39；图4.39 源/漏极的注入和退火过程接下来，我们将会看到退火过程前后Net Doping（净掺杂）的一些变化。操作步骤如下：e. 在源/漏极退火后结构的TONYPLOT中，依次点击File和Load Structure菜单项；f. 为了加载在implant arsenic dose=5e15 energy=50 crytal一步中产生的历史文件（history12.str），在filename栏中键入.history12.str；依次点击Load、Overlay项，如图4.40； 图4.40 加载注入步骤的结构文件并覆盖g. 前述的注入结构（.history12.str）将会覆盖至退火结构（.history13.str）如图4.41所示。注意到图的副标题为Data from multiple files；图4.41 覆盖结构h. 在两个结构图相互覆盖以后，依次选择TONYPLOT中的Tools和Cutline菜单项并显示图例；Cutline菜单将会出现。点击keyboard图象并如图4.42所示输入X和Y的值；图4.42 使用Cutline菜单的Keyboard选项i. 完成后，点击keyboard的return键，TONYPLOT将会提示确认。点击Confirm键；图4.43右手边的一维图便是最终的结果。从图中可以看出短暂的退火过程将杂质粒子从MOS结构的表面转移走了。图4.43 一维净掺杂图4.1.17 金属的淀积ATHENA可以在任何金属、硅化物或多晶硅区域上增加电极。一种特殊的情况就是可以放在底部而没有金属的底部电极。这里，对半个NMOS结构的金属的淀积是通过这种方法完成的，首先在源/漏极区域形成接触孔，然后将铝淀积并覆盖上去。为了形成源/漏极区域的接触孔，氧化层应从X=0.2m开始向左进行刻蚀。使用ATHENA Etch菜单的具体步骤如下：a. 在Etch菜单的Geometrical type一栏中，点击Left；在Material栏中，选择Oxide；在Etch location栏中输入值0.2；在Comment栏中添加注释Open Contact Window；点击WRITE将会出现如下语句：#Open Contact Window etch oxide left p1.x=0.2b. 继续ATHENA仿真，并将刻蚀后的结构图绘制出来，如图4.44所示；接下来，利用ATHENA Deposit菜单，一个厚度为0.03m的铝层将被淀积到这半个NMOS器件表面，具体步骤如下：a. 在Material菜单中选择Aluminum，并将其厚度值设为0.03；对于Grid specification参数，将Total number of grid layers设为2；b. 在Comment栏中添加注释Aluminum Deposition，并点击WRITE键；下面的淀积语句将会出现在文本窗口中：图4.44 在金属淀积之前形成接触孔#Aluminum Depositiondeposit aluminum thick=0.03 divisions=2；c. 点击DECKBUILD控制栏上的Cont键以继续进行ATHENA仿真，并将结构绘制出来，如图4.45所示；图4.45 半个NMOS结构上的铝淀积最后，利用Etch菜单，铝层将从X=0.18m开始刻蚀，具体步骤如下：e. 在Etch菜单的Geometrical type一栏中，点击Right；在Material栏中，选择Aluminum；在Etch location栏中输入值0.18；在Comment栏中添加注释Etch Aluminum；点击WRITE将会出现如下语句：#Etch Aluminumetch aluminum right p1.x=0.18f. 继续ATHENA仿真，并将刻蚀后的结构图绘制出来，如图4.46所示；图4.46 在半个NMOS结构上进行铝刻蚀4.1.18获取器件参数在这一节中，我们将从半个NMOS结构中获取一些器件参数。这些参数包括结深，N+源/漏极方块电阻，氧化隔离层下的LDD方块电阻以及长沟道阈值电压。这可以通过DECKBUILD里的Extract菜单来完成。1 计算结深计算结深的步骤为：在Commands菜单里点击Extract。ATHENA Extract菜单将会出现；在Extract栏中选择Junction depth；在Name栏中输入nxj；在Material栏中选择Material并选择Silicon；在Extract location栏中点击X方向并输入值0.2；点击WRITE键，Extract语句将会出现在文本窗口中：extract name=“nxj”xj material=“Silicon”mat.occno=1 x.val=0.2junc.occno=1在这个extract语句中，name=“nxj”是n型的源/漏极结深；xj说明了该结深需要计算；material=“Silicon”是指结中所含的材料。在这里，材料是硅；mat.occno=1是说计算结深要从第一硅层开始；x.val=0.2是指在X=0.2m的地方得到源/漏极结深；junc.occno=1是指计算结深要从第一个结开始。2 获得N+源/漏极方块电阻为了测定该方块电阻，按如下步骤再一次调用ATHENA Extract菜单：将Extract栏从Junction depth改为sheet resistance；在Name栏中输入n+ sheet res；在Extract location栏中，选中X网格并输入值0.05；点击WRITE键，Extract语句将会出现在文本窗口中，如下所示：extract name=“n+ sheet res” sheet.res Material=“Silicon” mat.occno=1x.val=0.05 region.occno=1在这个语句中，sheet.res说明被测对象是方块电阻；mat.occno=1和 region.occno=1说明材料和区域出现的数目均为1；x.val=0.05说明了n+区域的测量路径。这是通过给出区域内X=0.05m这点的网格来实现的。3 测量LDD方块电阻为了在氧化空间下测量LDD方块电阻，我们只需要简单地把兴趣转移到隔离层就可以了。参考图4.69所示的仿真结构可知，0.3这个值是合理的。我们将把被测电阻命名为ldd sheet res。简单得按如下步骤调用ATHENA Extract菜单：将Name栏改为ldd sheet res；选中X网格，并将Extract location栏中的值改为0.3；点击WRITE键，Extract语句将会出现在文本窗口中，如下所示：extract name=“ldd sheet res” sheet.res material=“Silicon” mat.occno=1x.val=0.3 region.occno=14 测量长沟道阈值电压在NMOS器件X=0.5m处测量长沟道阈值电压的步骤如下：将ATHENA Extract菜单的Extract栏从Sheet resistance改为QUICKMOS 1D Vt；在Name栏输入1dvt；在Device type栏点击NMOS；激活Qss栏并输入值1e10；在Extract location栏输入值0.5，如图4.72所示；点击WRITE键，Extract语句将会出现在文本窗口中，如下所示：extract name=“1dvt” 1dvt ntype qss=1e10 x.val=0.5在这个语句中，1dvt说明了测量一维阈值电压的Extract程序；ntype是器件类型。在这里为一个n型的晶体管；x.val=0.5是在器件沟道内的一点；qss=1e10是指浓度为的陷阱电荷。在缺省状态下，栅极偏置0-5V，衬底为0 V，0.25V为单位，器件温度为300K。继续ATHENA仿真，所有测量值将会出现在DECKBUILD输出窗口中。这些信息也会被存入现存文档文件results.final中。4.1.19半个NMOS结构的镜像前面构造的是半个类似MOSFET的结构。在某些仿真的地方，需要得到完整的结构。这必须在向器件仿真器输出结构或给电极命名前完成。在适当的边界将半个MOSFET进行镜像的步骤如下：a. 在Commands菜单中，依次选择Structure和Mirror项。出现ATHENA Mirror菜单；在Mirror栏中选择Right，如图4.47所示；图4.47 ATHENA Mirror菜单b. 点击WRITE键将下列语句写入输入文件：struct mirror rightc. 点击DECKBUILD控制栏上的Cont键以继续ATHENA仿真，并将完整的NMOS结构绘制出来，如图4.48所示；图4.48 完整的NMOS结构从图4.48中可以看出，结构的右半边完全是左半边的镜像，包括结点网格、掺杂等。4.1.20电极的确定为了给器件仿真器ATLAS提供偏置，有必要对NMOS器件的电极进行标注。结构的电极可以通过ATHENA Electrode菜单进行定义。调用这个菜单的步骤如下：a. 在Commands菜单中，依次选择Structure和Electrode项。ATHENA Electrode菜单将会出现；在Electrode Type栏中，选择Specified Position；在Name栏中，输入source；点击X Position并将其值设为0.1，如图4.49所示；b. 点击WRITE键，下面的语句将会出现在输入文件中：c. electrode name=source x=0.1类似地，使用ATHENA Electrode菜单在X=1.1m处确定漏极电极将得到如下语句：electrode name=drain x=1.1多晶硅栅极电极的确定也有同样的形式。对这种结构而言，可以通过和源或漏极相同的方式得到：electrode name=gate x=0.6在ATHENA中，backside电极可以放在结构的底部而不用金属片。要确定backside电极，在ATHENA Electrode菜单的Electrode Type栏中选择Backside。然后输入文件名backside。下面的底部电极语句将会出现在输入文件中：electrode name=backside backsidebackside语句说明一个平面（高度为0）的电极将会放置在仿真结构的底部。继续运行输入文件。从DECKBUILD输出窗口中可以看到相关说明。随着电极的确定，NMOS结构也已经完成。 图4.49 确定源电极图 4.50 ATHENA File I/O菜单4.1.21 保存ATHENA结构文件尽管DECKBUILD历史功能在每一步处理完成后都会保存结构文件，但是在很多情况下有必要独立地对结构进行保存及初始化。保存或加载结构，可以使用ATHENA File I/O菜单，调用步骤如下：d. 在Commands菜单中选择File I/O；点击Save键并建立一个新的文件名nmos.str（见图4.50）；点击WRITE键，这行语句将会出现在输入文件中：struct outfile=nmos.stre. 继续运行输入文件并将nmos.str结构文件绘制出来。选择Electrodes图象以查看源、栅、漏以及底部电极（参见图4.51）。图4.51 完整的NMOS结构4.2 使用ATLAS的NMOS器件仿真4.2.1 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。ATLAS可以单独使用，也可以在SILVACOs VIRTUAL WAFER FAB仿真平台中作为核心工具使用。通过预测工艺参数对电路特性的影响，器件仿真的结果可以与工艺仿真和SPICE模型提取相符。1 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(run-time output)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(solution 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 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4.52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。图4.52 ATLAS命令组以及各组的主要语句3 开始运行ATLAS要在DECKBUILD下开始运行ATLAS，需要在UNIX系统命令提示出现时输入： deckbuild -as&命令行选项-as指示DECKBUILD将ATLAS作为默认仿真工具开始运行。在短暂延时之后，DECKBUILD将会出现，如图4.53所示。从DECKBUILD输出窗口可以看出，命令提示已经从ATHENA变为了ATLAS。图4.53 ATLAS的DECKBUILD窗口4 在ATLAS中定义结构在ATLAS中，一个器件结构可以用三种不同的方式进行定义：1. 从文件中读入一个已经存在的结构。这个结构可能是由其他程序创建的，比如ATHENA或DEVEDIT；2. 输入结构可以通过DECKBUILD自动表面特性从ATHENA或DEVEDIT转化而来；3. 一个结构可以使用ATLAS命令语言进行构建。第一和第二种方法比第三种方法方便，所以应尽量采用前两种方法。在本章中，我们将通过第二种方法，利用DECKBUILD的自动表面特性，将NMOS结构从ATHENA转化为ATLAS。4.2.2 NMOS结构的ATLAS仿真在本章中，我们将以下几项内容为例进行介绍：c. Vds=0.1V时，简单Id-Vgs曲线的产生；d. 器件参数如Vt，Beta和Theta的确定；e. Vgs分别为1.1V，2.2V和3.3V时，Id-Vds曲线的产生。这里将采用由ATHENA创建的NMOS结构来进行NMOS器件的电学特性仿真。4.2.3 创建ATLAS输入文档为了启动ATLAS，输入语句：go atlas载入由ATHENA创建的“nmos.str”结构文件，步骤如下：g. 在ATLAS Commands菜单中，依次选择Structure和Mesh项。ATLAS Mesh菜单将会弹出，如图4.54所示；图4.54 ATLAS Mesh菜单h. 在Type栏中，点击Read from file；，在File name栏中输入结构文件名“nmos.str”；i. 点击WRITE键并将Mesh语句写入DECKBUILD文本窗口中，如图4.55所示。图4.55 写入DECKBUILD文本窗口的Mesh语句4.2.4 模型指定命令组因为在ATHENA中已经创建了NMOS结构，我们将跳过结构指定命令组而直接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 模型指定对于简单MOS仿真，用SRH和CVT参数定义推荐模型。其中SRH是指Shockley-Read-Hall复合模型，CVT是来自Lombardi的倒置层模型（参见ATLAS用户手册），它设定了一个全面的目标动态模型，包括浓度，温度，平行场和横向场的独立性。定义这两种NMOS结构模型的步骤如下：d. 在ATLAS Commands菜单中，依次选择Models和Models项。Deckbuild：ATLAS Model菜单将会出现，如图4.56所示；e. 在Category栏中，选择Mobility模型；一组动态模型将会出现，选择CVT；为了运行时在运行输出区域中记录下模型的状态，在Print Model Status选项中点击Yes。必要时可以改变CVT模型默认参数值，方法为：依次点击Define Parameters和CVT选项。ATLAS Model-CVT菜单将会出现；在参数修改完毕后点击Apply。也可以在其中添加复合模型，步骤为：c. 在Category栏中选择Recombination选项。三种不同的复合模型将会出现，如图4.57所示，分别为Auger，SRH（Fixed Lifetimes）以及SRH（Conc.Dep. Lifetimes）；d. 选择SRH（Fixed Lifetimes）模型作为NMOS结构；e. 点击WRITE键，Model语句将会出现在DECKBUILD文本窗口中。图4.56 Deckbuild：ATLAS Model菜单图4.57 复合模型2 接触特性指定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。用Contact语句定义n型多晶硅栅极接触的功函数的步骤为：a. 在ATLAS Commands菜单中，依次选择Models和Contacts项。Deckbuild：ATLAS Contact菜单将会出现；在Electrode name一栏中输入Gate；选择n-poly代表n型多晶硅，如图4.58；图4.58 Deckbuild：ATLAS Contact菜单b. 点击WRITE键，语句Contact name=gate n.poly将会出现在输入文件中。3 接触面特性指定为了定义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以及半导体和绝缘体材料接触面的表面复合率。定义硅和氧化物接触面电荷浓度固定为31010cm-2，步骤如下：1. 在ATLAS Commands菜单中，依次选择Models和Interface项。Deckbuild：ATLAS Interface菜单将会出现；在Fixed Charge Density一栏中输入3e10，如图4.59所示；2. 点击WRITE将Interface语句写入DECKBUILD文本窗口中。Interface语句如下：Interface s.n=0.0 s.p=0.0 qf=3e10 图4.59 Deckbuild：ATLAS Interface菜单 图4.60 Deckbuild：ATLAS Method菜单4.2.5 数字方法选择命令组接下来，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：a. 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NEWTON和 GUMMEL选项，如图4.60所示；默认设定的最大重复数为25。这个值可以根据需要修改；b. 点击WRITE将Method语句写入DECKBUILD文本窗口中；c. 将会出现Method语句，如图4.61所示。应用此语句可以先用Gummel法进行重复，如果找不到答案，再换Newton法进行计算。图4.61 Method语句4.2.6 解决方案指定命令组在解决方案指定命令组中，我们需要使用Log语句来输出保存包含端口特性计算结果的记录文件，用Solving语句来对不同偏置条件进行求解，以及用Loading语句来加载结果文件。这些语句都可以通过Deckbuild：ATLAS Test菜单来完成。1 Vds=0.1V时，获得IdVgs曲线下面我们要在NMOS结构中，当Vds=0.1V时，获得简单的IdVgs曲线。具体步骤如下：a. 在ATLAS Commands菜单中，依次选择Solutions和Solve项。Deckbuild：ATLAS Test菜单将会出现，如图4.62所示；点击Prop键以调用ATLAS Solve properties菜单；在Log file栏中将文件名改为“nmos_”，如图4.63所示。完成以后点击OK；图4.62 Deckbuild：ATLAS Test菜单图4.63 ATLAS Solve properties菜单b. 将鼠标移至Worksheet区域，右击鼠标并选择Add new row，如图4.64所示；c. 一个新行被添加到了Worksheet中，如图4.65所示；d. 将鼠标移至gate参数上，右击鼠标。会出现一个电极名的列表。选择drain，如图4.66所示；e. 点击Initial Bias栏下的值并将其值改为0.1，然后点击WRITE键；f. 接下来，再将鼠标移至Worksheet区域，右击鼠标并选择Add new row；g. 这样就在drain行下又添加了一个新行，如图4.67所示；h. 在gate行中，将鼠标移至CONST类型上，右击鼠标并选择VAR1。分别将Final Bias和Delta的值改为3.3和0.1，如图4.68所示；图4.64 添加新行图4.65 添加的新行图4.66 将gate改为drain图4.67 添加另一新行图4.68 设置栅极偏置参数i. 点击WRITE键，如下语句将会出现在DECKBUILD文本窗口中，如图4.69所示。Solve initSolve vdrain=0.1Log outf=nmos1_0.logSolve name=gate vgate=0 vfinal=3.3 vstep=0.1图4.69 Vds=0.1V时模拟IdVgs曲线所用的语句上述语句以Solve init语句开始。这条语句提供了一个初始猜想，即零偏置（或热平衡）情况下的电势和载流子浓度。在得到了零偏置解以后，第二条语句即Solve vdrain=0.1将会模拟漏极直流偏置为0.1V的情况。如果solve语句没有定义某电极电压，则该电极电压为零。因此，不需要将所有电极电压都用solve语句进行定义。第三条语句是Log语句，即Log outf=nmos1_0.log。这条语句用来保存所有在nmos10.log文件中由ATLAS计算得出的仿真结果。这些结果包括在直流仿真下每个电极的电流和电压。要停止保存这些信息，可以使用带有“off ”的log语句如log off，或使用不同的log文件名。最后一条solve语句：Solve name=gate vgate=0 vfinal=3.3 vstep=0.1使栅极电压从0V变化到3V，间隔为0.1V。注意在这条语句中Name参数是不能缺少的，而且电极名区分大小写。2 获取器件参数在这个仿真中，还要获取一些器件参数，例如Vt，Beta和Theta。这可以通过ATLAS Extract菜单来完成：d. 在ATLAS Commands菜单中，依次选择Extract和Device项。Deckbuild：ATLAS Extaction菜单将会出现，如图4.70所示；在默认情况下，Test name栏中选择的是Vt。用户可以修改默认的计算表达式；点击WRITE键，Vt Extract语句将会出现在DECKBUILD文本窗口中：extract name=“vt”(xintercept(maxslope(curve(abs(v.“gate”),abs(i.“drain”)-abs(ave(v.“drain”)/2.0)e. 下面，继续调用Deckbuild：ATLAS Extaction菜单。然后，点击Test name并将其改为Beta，如图4.71所示；图4.70 Deckbuild：ATLAS Extaction菜单图4.71 设置Beta计算语句f. 点击WRITE键，Beta Extract语句将会出现在DECKBUILD文本窗口中：extract name=“beta”slope(maxslope(curve(abs(v.“gate”),abs(i.“drain”)*abs(1.0/abs(ave(v.“drain”)g. 最后，我们要再一次调用Deckbuild：ATLAS Extaction菜单来设置计算theta参数的Extract语句。然后，点击Test name栏并将其改为Theta，如图4.72所示；图4.72 设置Theta计算语句图4.73 NMOS器件的IdVgs曲线图h. 点击WRITE键，Beta Extract语句将会出现在DECKBUILD文本窗口中：extract name=“theta” (max(abs(v.“drain”)*$ “beta”)/max(abs(i.“drain”)-(1.0/max(abs(v.“gate”)-($“vt”)在开始仿真之前，我们需要使用Tonyplot语句将仿真结果绘制出来。为了自动绘制出IdVgs曲线，只要在最后一条Extract语句后简单地输入如下的TONYPLOT语句即可：tonyplot nmos1.log下面开始仿真。点击Deckbuild控制栏上的run键运行器件仿真程序。仿真完成后，TONYPLOT和IdVgs曲线特性参数将被自动调用，如图4.73所示。同样，所获得的器件参数如Vt，Beta和Theta可以在DECKBUILD运行输出窗口看到，如图4.74。图4.74 显示器件参数的DECKBUILD运行输出窗口3 使用Log，Solve和Load语句生成曲线族下面要在Vgs分别为1.1V，2.2V和3.3V时生成IdVds曲线族，Vds变化范围是0V到3.3V。为了不使后面的端口特性写入到前面的log文件nmos1.log中，我们需要使用另一条Log语句，如下：log off为了得到曲线族，首先，我们需要使用Deckbuild：ATLAS Test菜单得到每个Vgs的结果：3. 在ATLAS Commands菜单中，依次选择Solution