ISE入门手册 第二章ISE模块简介

1、第二章ISE模块简介2.1 DEVICE主要特征： 运用CAD设计二维结构和三维结构及其工艺模拟 通过人机交互的图形用户界面把各阶段形象化。 图形用户界面和ISE网格构划分。 基于ACIS的固定几何模型内核。 通过图形用户界面可记录和重复脚本。DEVISE有三种独特的运算模式：二维结构设计，三维结构设计，以及三维工艺模拟。几何和工艺模拟可以自由组合，对三维结构的设计提供更多的支持。2维/3维器件编辑器通过图形用户界面，用简单的二维和三维图形建立二维和三维器件几何模型。例如矩形，多边形，立方形，圆柱形以及球形。圆形的边缘用角隅填密法，三维边缘混和以及切面处理形成。在已经存在的和新的物体之间的交迭

2、之处的线路可以通过明确的选择来解决，这要顾及到在结构形成中大量的弹性。复杂结构是由简单的交叉元素构成。（见图1）3D结构也可以由简单的二维突起结构或者二维平面构成。几何结构的搭建是由ACIS几何内核来支持完成。这个几何内核已经得到很好的测试，也已被好几种CAD软件所运用。（不包括TCAD）设计提供了呈现每个阶段的图样结构，他们的设计以几何结构的形式显示出来。强大的图形过滤功能使得可以观察到整个区域的一小子部分或清楚观察到区域。（见图2）掺杂抛面和网格构建是交叉定义的。布局和形状是半透明的盒子状的，方便查找。所有的ISE浓度掺杂和网格构建选项都靠MESH和NOFFSET2D/3D支持。网格构建引

3、擎可以通过设计图形用户界面来访问。网格和掺杂抛面的产生可以通过Tecplot-ISE工具自动显示出来。所用交互式的操作被记录成一个文件，使用户可以运行日志脚本文件来重建器件几何图形。设计图形用户界面具有命令行窗口的作用，脚本命令可以通过图形用户界面输入，同样命令也可以直接通过DOS命令行输入执行。器件结构参数DEVISE输入的脚本文件运用的是类似于LISP的编程语言方案。这使通过运用简单的变量或者其他变量定义的变量，例如if 或 do while模块以及循环，使得创建参数结构变的非常容易。二维/三维器件编辑 CAD所运用的技术- ACIS 计算几何内核- CAD文件格式界面 直观的用户界面-

4、图形用户界面操作的记录- 打印粘贴脚本命令 2D和3D简单结构的产生- 矩形，圆形，多边形。- 立方形，圆柱形，球体。 拐角和边缘的磨圆- 角隅填密法和削面法 挤压和削平2D物体 控制交跌处的分辨率 掺杂和网格构建方法的交互精度 掺杂和网格布局的视觉控制 直接调用ISE网格构建引擎工艺仿真版图和掩模的设计模型淀积和刻蚀-同向性/各向异性-多样混合物的选择填充和打磨分解解析抛面完整综合的TCAD模拟仿真。三维工艺仿真在工艺仿真模块中，DEVISE转化为工艺步骤，例如，刻蚀，淀积，模型图形设计，填充和打磨。PROCEM 支持多种选择，例如，等方性或同相异向性的刻蚀、淀积、打磨圆脚和混和，来解决特殊

5、的需要。三维工艺模拟可以进行完整、综合的、与环境相关的工艺仿真。工艺模拟流程可以通过LIGAMENT Flow Editor 方便的模拟出。在CIF or GDS 中的外部版图文件可以通过LIGAMENT 的版图编辑器来输入。混和与匹配器件几何设计模型（二维和三维）和三维工艺仿真模型可以自由的结合为一个脚本文件。或者通过DOS命令行输入PROCEM 方案扩展命令从而相互交叉。例如一个几何沟道的产生可以通过一个单一的淀积步骤将一层薄的氧化层涂在上面形成。图1 运用平滑的方法和其他几何方法形成的二维模型图2 DEVISE图形用户界面和图像选项图3 运用几何和工艺模拟步骤设计的挖沟结构的MOSFET

6、器件图4 浅沟隔离MOSFET图5 CMOS反向器：掩模版图图6 CMOS反向器：器件结构 ISE网格形成解决方案 2维/3维网格产生器ISE为网格的自动生成提供了两种不同阶段技术的方法。基于空格填补技术的MESH产生一列轴线结构的网格以适应边界。网格产生器NOFFSET3D 是完全没有结构规则的它对材料界面的网格元素给以特别的注意。这两种方法产生的网格都体现了离散化的方法原则从而可被用在ISE的工艺和设计模拟器中。网格的构建不仅可以用在几何结构上，也可以用在陡坡的掺杂浓度的捕捉上。提高精度是通过各向异性的原理来完成。这种方法用了更少的网格元素从而在不丢失精度的情况下加速了模拟的速度。工艺模拟

7、器DIOS 和FLOOPS 内嵌了针对2维应用的网格产生器。DIOS 和FLOOPS也可以选择使用外部的网格产生工具。然而对于器件模拟他们是强制性的。在所有情况下ISE网格构建工具与ISE模拟框架完美的结合了起来。网格构建工具可以被用在网格的重新构建以及在新的网格中插入特定的掺杂浓度。为了方便分析研究掺杂浓度可以以任何的数学公式或外部数据的形式提供。特征所用的ISE网格构建工具有一些共同的被以下应用模块所定向的特征：适用于盒子原理方法 被运用于DESSIS和DESSIS中 解析掺杂模型：高斯原理，误差函数，通用数学函数 在背景网格中插入掺杂定义 在工艺和设计模拟中运用丰富的网格构建规则处理几何

8、图形。网格 精细模板处理的空格内嵌法 混和的单元网格或者四面体的网格 适合于边界的规则类似栅极网格 在矩形和立方体或者材料区域的详细说明 在坐标轴上的高度各向异性原理 获取高剃度梯度数据的合适运算法则（例如PN结）NOFFSET3D 快速定点插入的正常偏置法 四面体的网格 贯穿于材料边界或者分界表面的各层各向异性原理 非常普遍的同向性远离边界和分界表面 用户自定义的内含轴线结构的节点。在双极晶体管PN结处运用三维空间内嵌网格进行精细处理在三维结构中沟道和PN结的精细处理中运用了常规偏置网格在2维结构模拟中运用常规偏置法网格：硅的局部氧化常规偏置网格在层间分界面和PN结上的运用在沟道中具有高度各

9、向异性的内嵌网格的应用2.2 DIOSDIOS是半导体器件的多维工艺模拟器。它模拟完整的工艺制造流程，包括光刻、淀积、离子注入、扩散、氧化以及硅化。DIOS是现今可用的最准确的工艺模拟器。通过与应用材料公司的合作，ISE工程师用大量实验数据矩阵校准了DIOS，所采用的实验数据矩阵反映了先进的深亚微型技术。因此DIOS的准确度在许多工艺上得到了极大的提高，例如低能量离子注入，超浅结（USJ）退火，掺杂物活化，表面剂量流失以及沟道急剧退化。除了分析注入模型外，DIOS还包括蒙特卡洛模拟器Crystal-TRIM。模拟扩散是基于高水平的经过大量实验校准的点缺陷模型。机械效应包括了应力、流体以及热膨胀

10、。数学运算包括全自动的网格自适应和非常有效的非线性和线性计算，可以对10000到100000节点的非常复杂的结构进行计算模拟。在很多处于领先地位的半导体公司，DIOS广泛应用于各种工艺当中，如VLSI CMOS, SiGe异质结,功率器件以及先进的SOI工艺。与应用材料公司的合作，ISE通过对应用材料公司的半导体制造设备如QUANTUMT和Radiance RTP的校准，开发出了工艺模拟数据包。如表1所示：表1 DIOS先进的校准参数图1a和1b描述了n沟道深亚微米MOSFET利用DIOS和先进的校准参数的二维标度结果图1a 经过校准后开启电压的测量和模拟曲线图1b 用DIOS模拟的掺杂分布和

11、结构注入与扩散校准图2a BF2注入与退火工序的注入与扩散参数的精度的校准：注入剂量5e14cm2，应用材料提供的SIMS数据（虚线）和模拟得到的Crystal-TRIM数据（实线）。图2b 在1050度退火时间的变化曲线。应用材料提供的SIMS数据（虚线）和运用先进校准参数的DIOS模拟得到的数据（实线）SiGe异质结结构的硼扩散校准图3a SiGe:C 异质结结构的工艺校准图3b 不同的Q值对应的掺杂曲线（实线）与硼曲线（虚线），Q是基于Ge的浓度及C的掺杂调节扩散率的参数。自适应网格图4a DIOS网格容量举例：适应的等方性的网格是DIOS的默认网格，仅需要进行全局化的设置。图4b MO

12、S结构的DIOS各向异性的网格划分，这种网格划分方法特别适应于类似于这种结构的网格划分。ISSG 校准利用应用材料公司的ISSG线性氧化工艺的校准结果 图5a（上）TEM图像显示沟道 图5c DIOS的结构模拟显示了应力的作用。区域和沟道的侧墙。 模拟面由结晶方向确定，依赖于晶体的图5b（下）TEM图像显示沟道底部 生长率，可以精确的应用于STI结构。特性特性与模型 离子注入双Pearson.Pearson.Guassian深度决定的横向稀疏剂量积累外部一维剖面的主要离子扩散B、BF2、AS、P、Sb、In和Ge的校准蒙特卡洛注入横向复制统计量的增加分层注入模型自动保存和导入一维和二维离子注入

13、文件 扩散先进的点缺陷模型含有掺杂、缺陷、堆积、溶解性、ODE 、ORD的满电荷状态先进的参数校准大结构的快速模拟平衡模型边缘扩散的多晶硅模型外延生长预焙 氧化非线性弹性模型应力决定的氧化 初始薄模应力的规格 热扩散 硅化 光刻：等方性的、垂直的、各向异性的、结晶的、多边形的 淀积：等方性的、各向异性的 自适应网格 等边三角形或张量积网格 有效的线性和非线性计算 开始/停止/继续的交互界面界面杂质陷阱图6 在DIOS精确的再扩散剂量减小模型内， BF2在2.5kev/1e15cm-2注入，在1050度退火28秒的图示。在这些条件下，可以明显看出剂量的减小，仅在三相隔离模型中才可以观测到。蒙特卡

14、洛模拟图7 DIOS中Crystal-TRIM层次模型可以计算空隙和空穴处的扩散。它对于短时退火的现代工艺模型的精确仿真十分重要。表面附近多余的空穴优先在表面重组，而不是在空隙处。重组的空穴多于预测的空隙TED而少于预测的空穴TED。2.3 FLOOPSFLOOPS是一个全面灵活的多维工艺模拟环境。它采用现代的软件结构，构成了新一代的仿真工具，为将来的工艺模拟提供了一个坚实的基础。它根据大量最新的试验数据使用ISE校准策略进行校正，FLOOPS为现代的硅技术和无硅技术提供了独特的预测能力。 FLOOPS的原型是弗罗伦达大学开发的一款著名的，可靠的，广泛使用的软件。ISE对它在很多方面作了很大的

15、增强，使FLOOPS由一款研究用的工具转化为工业软件产品。它的一系列模型使它能够完全向后兼容ISE的工艺模拟器DIOS。FLOOPS的改进包括快速精确的刻蚀与淀积模型，基于Crystal-TRIM的蒙特卡罗离子注入模型，先进的ISE离子注入校准表，离子注入分析和损坏模型，分层扩散模型。此外ISE基于levelset方法开发了一个名为MGOALS的先进的网格模块。MGOALS具有高品质的各项异性格栅(anisotropic grids)和高速、高性能的解决方案PARDISO，使得模拟结果更有效更可靠。FLOOPS中使用的Alagator脚本语言使用户能够快速开发出新的扩散模型，使得FLOOPS成

16、为一款便于校正的工具。通过与仪器设备商和产品购买者合作，ISE提供了一系列精确的校准参数。1.使用FLOOPS先进的网格引擎MGOALS创建的深亚微米NMOS结构。FLOOPS的输入语言允许用户在关键区域增加网格优化框。Alagator 脚本语言Alagator 特性：1多功能强大的参数数据库2 用户控制初始化3 灵活多变的区域初始化（使用基于位置或其它方面的解析表达式）4 提供了在体硅和表面定义扩散方程和边界条件方程的能力5 一整套简单的运算符在定义方程时有多功能6 能够定义氧化扩散方程Table 1. Alagator 语言的运算符和函数Alagator是定义偏微方程的通用语言。它是Tcl

17、（tool command language）的扩展，完全继承了Tcl的多功能性和可编程性。该语言的很多内在特性使它很适合于TCAD。它的一个特性是它的参数是从层次性的参数库中读入的。除了允许特殊材料比如混合物的参数被读入和设置之外，参数数据库还有使用Alagator表达式定义参数的特殊能力。数据库中的很多参数都被定义为其它参数的表达式。例如，正向反应速率（forward reaction rates）被定义为扩散参数的表达式。 Alagator例子： 一个关于B3I形成和分解的方程如下：dB3I/ dt = Bi x B2 x Cfw B3I x Cbw 其中Bi为B的间隙式浓度，B2为B2

18、簇的浓度，Cfw和Cbw分别为正反向反应常数。 FLOOPS中，方程通过一个Alagator命令语句执行： pdbSet Silicon B3I Equation “ddt(B3I) - Bi*B2*$C_fw + B3I*B2*$C_bw”2.600摄氏度下退火2小时的硼分布。只有一部分硼具有电活性，剩余的聚集在硼晶簇的间隙。 Process Calibration(工艺校准)采用现代的软件结构和Alagator 编程，FLOOPS 成为工艺校准的理想工具。一些特定的物理参数依赖于工艺条件或者过去的经验。因此，校准模型和参数是很必要的，以便在实验过程中可以考虑到曾经用到的某种工艺，使其模型和

19、参数能够精确的反映某一特定工艺流程中的工艺条件。FLOOPS引进了“callback”的概念来满足这些需要。通过在每一步工艺前或后激活“callback”程序，用户能进行模型和参数的校准。这些程序定义在一个单独的校准文件中，没有经验的初学者也能够很容易的掌握和使用。例如，每一步离子注入后调用标准的FLOOPS callback子程序impPostProcessImplant .它接收各种关于工艺条件的信息比如离子注入类型，能量，剂量，为下一步的扩散设置模型参数。这个callback程序能在校准文件中重新定义可以包含用户自定义的表达式。例如，模型参数vacancy scaling factor(

20、vfactor)可以根据离子注入种类，能量，剂量进行校准。FLOOPS对callback的默认程序定义是公开的，用户可以通过修正默认的定义创建用户自己的校准文件。在各个不同的时刻，调用这些程序使它具有了控制模拟的独特的能力。ISE 领先的校准技术正是围绕这个强大的理念与仪器设备商和产品购买者合作设计的。 5.FLOOPS集成了Crystal-TRIM(一种高精度的Monte Carlo 模拟器).ISE给用户的USJ注入条件提供了一系列特别的校准参数。6.ISE基于Crystal-TRIM模拟结果针对广大范围的注入条件建立新的注入表.在。FLOOPS中，默认解析注入读入表格.Features(

21、特点)1 多维处理能力2 高精确性和预测性：与ISE Advanced Calibration的无缝集成适用于usj(超浅结)。3 现代的设计4采用Alagator脚本语言获得的可编程性和延生功能使它能处理掺杂，缺陷，杂质，有氧扩散，易添加新的种类，材料和模型5加入state-of-the-art损伤模型的解析式离子注入6 FULL-cascade Crystal-TRIM Monte Carlo离子注入模型7 包含5个注入流模型的层次扩散模型8 先进的point-defect cluster（簇点损伤）模型9 三相隔离剂量损失（Three-phase segregation dose los

22、s）模型10非线性模型，可重塑模型11外延12 基于混合了解析和层次的刻蚀与淀积13 高品质的各向异性网格14适用于全局和区域标准的网格优化ISE基于FLOOPS，发布了一个新的版本TCAD Fab Package。FLOOPS的多功能为工艺校准提供了独特的能力，使得TCAD Fab Package与DIOS相比在精确度方面有明显的改进。除了TCAD Fab Package，ISE还为FLOOPS提供了先进的校准参数文件，为用户自己的校准工作提供了一个极好的开始条件。适用于先进工艺和器件模拟的模版使用户能够容易迅速的建立模拟项目和输入文件。8.对于深亚微米CMOS和SOI技术，FLOOPS提供

23、了一系列校准模型和参数2.4 MDRAWMDRAW提供了灵活的二维特征的编辑,包括一些操作、网格细化、掺杂分布，并直接与ISE的网格划分模块相连接。它是一个器件编辑和网格划分的工具，它可以通过GUI或手写模式来使用。MDRAW是在ISE仿真环境中GENESISe交互界面、ISE网格划分工具及其他项目的集成。器件编辑器分类操作,使用户能够通过重新运行脚本文档来重建器件几何图形，改良的文档可以生成参数模型从而达到最优化或其他目的。器件结构的分区可以抽取、突出和保存。不同的器件可以相互结合。提供的操作可以简化有细致纹理的工艺模拟几何学，而且可以付出最小的工作制造出新的器件。掺杂分布 杂质浓度可以通过

24、分析掺杂剖面或者利用工艺模拟的结果来定义。 网格的规定与杂质浓度或用户定义功能变化有关。 Gaussian，error，连续函数，一维外部数据，和普通的分析函数可以用来分析在主次两个方面的掺杂分布。ISE的DATEX文档中包含了硼、砷、磷和锑等多种元素，可以用于分析掺杂物的种类。通过电极的连接可以删除或取代各个区域，从而减少了最后网格的复杂度。半导体结构可以利用不同的材料组成，例如硅、二氧化硅、多晶硅、III-V族元素以及金属。 MDRAW可以利用器件部分的工艺模拟结果，通过反映和合并操作建立对称结构。IGBT NOFFSET沟道二维网格 二维单量子阱AlGaAs/GaAs激光二极管特性工艺与

25、器件模拟的界面器件编辑器能够对简单的器件结构和复杂的器件结构进行编辑，任意形成多边形边界和材料的界面。掺杂和网格细化编辑器用于制定特殊的掺杂信息和网格细化信息，可以产生局部细化的等方性的和各向异性的网格。ISE二维网格发生器（MESH和NOFFSET2D）综合在MDRAW GUI中。脚本环境要求GUI支持的命令格式使用TCl脚本语言。使用TCl脚本产生的二维边界网格规格器件模拟的网格最优化可以通过定义局部细化区域和附加的网格标准。局部元素尺寸的规定取决于掺杂物。优良的网格（低于1埃）利用multibox来定义。工艺模拟的二维SiGe HBT结构 器件模拟的的二维SiGe HBT网格和细致定义的

26、对话框2.5 MESHISE提供了目前水平最好的可以自动产生网格的两种方法。基于quadtree/octree的方法MESH会产生轴排列结构的网格，它们正好适合于边界。网格产生器NOFFSET3D是没有特定结构的，而且特别注意在材料界面处的网格单元。这两种办法都可以产生网格，这些网格可以用于在ISE过程和器件模拟中使用的离散化的方法。网格不仅适用于几何学，而且适用于描述掺杂浓度，从而捕捉掺杂浓度变化的陡峭的梯度。Refinement 可以部分的完成各向异性的（延伸的）单元的描述，也就是用很少单元的网格可以不失精度的加速仿真。对于工艺模拟器DIOS 和 FLOOPS，都有一个内在应用于2维的网格

27、产生器，而外在的网格工具用来选择模拟器DIOS 和 FLOOPS。然而，对于器件模拟来说，DIOS 和 FLOOPS 都是必需的。对于所有的情况，ISE 网格工具极佳的适合于ISE的模拟框架结构。网格工具可以用于重新划分网格，并且可以对新的网格添加特定的掺杂浓度。对于分析研究来说，掺杂浓度可以由任何数学表达式或外部数据给出。图1：Refinement的双极晶体管在pn结汇合处的3维octree 网格图2：有着各向异性的沟道和Pn 结汇合处的正常偏置法的3维网格特性所有的ISE 网格工具都有着在应用方面的共同特性： 1：适合工具箱（在DESSIS 和 DIOS 中使用） 2：分析掺杂模型：高斯模

28、型，误差，函数和一般数学函数 3：原有网格（源于其他模拟或者测量）的掺杂剂量的改写 4：可以处理从工艺模拟到器件模拟的几何学的强健的网格运算法则网格1：详细模版处理的Quadtree / octree 方法2：混合单元网格或四面体网格3：规则的类似栅格的网格，适合边界4：沿着并列轴的高度各向异性的单元5：捕获高梯度数据的自适应算法（例如pn 连接点）NOFFT3D1：直接点插入的常态偏置法方法2：四面体网格3：沿着材料界面或者表面（如pn连接处）的各向异性的单元的层4：远离边界和表面的全面地等方体的refinement5：内含几组用户自己可以定义的点构造的轴排列的结构图3：在分界处和pn结汇合

29、处分层的常态偏置的网格图4：沟道中高度各向异性网格的quadtree 网格图：常态偏置网格的2维过程模拟：LOCOS结构的氧化2.6 DESSISDESIS综合半导体器件模拟器主要特征：1、 在单个器件模拟器中的可以进行一维、二维和三维的模拟；2、 领先的物理模型；3、 内置有许多假定材料类型；4、 拥有许多有效的数字算法。应用：1、 可用于VDSM、CMOS和SOI;2、 适用于SiGe及其异型结构；3、 适用于功率和高压器件；4、 适用于非易失性存储器和闪存。DESSIS可以模拟半导体器件的电、热和光特性。它是主要的器件模拟器，可以处理一维、二维及三维结构，带有小型模型的混合模式电路模拟，

30、以及一些数字器件。它包含一系列的可以应用于所有与半导体器件和操作环境相关的物理模型。DESSIS在早期发展过程中被用于评价和了解器件如何进行工作，优化器件，及提取SPICE模型和数据。DESSIS的应用包括VDSM硅，在这里证明了DESSIS可以在100nm工艺下进行精确的模拟，绝缘体上的硅器件（SOI）,在这里DESSIS以强收敛性和精确性著称，以及双栅和Fin场效应管器件，在这里量子传输是一个事实，另外还有SiGe，薄膜晶体管，异质结HEMTs和HBTs以及功率和射频半导体器件。随着CMOS器件的特征尺寸已降至少于100nm，热电子和非局部传输现象起着主要作用。这些导致沟道中的载流子速度过

31、大而引起饱和电流增大。相反，碰撞电离不再是电场的函数而是电子温度函数。结果，漂移扩散模型过于看重衬底电流而忽视击穿电压。流体传输模型可以解释所有上面提过的影响，从而成为DSM CMOS所必需的模型。DESSIS中流体传输模型的运用可以与在长沟道器件中受到限制的漂移扩散模型完全兼容。现在CMOS和SOI器件都是三维的。浅沟道绝缘技术在沟道边缘上的寄生管道中存在边缘效应。沟道的这种效应由很多因素决定，包括沟倾斜度，掺入沟中的多晶材料和沟的圆半径。对于窄沟道器件，寄生沟道效应使Id-Vgs曲线呈现双峰，而且引起阈值电压Vt的移动漏电流的增加。SOI中的三维效应是由于在第三维上发生了体接触。由沟道宽度

32、决定的体接触可以靠近或者远离沟道的主要部分，并且对消除沟道中由碰撞电离产生的多余的空穴起着重要的作用。因此SOI的电特性主要取决于沟道宽度。超薄的SOI，Fin场效应管器件以及双栅MOS是一类新型的纳米器件。这些器件中热电子效应，非局部电子传输以及量子效应起着重要的作用。在所有已知的用于量子传输TCAD方法中，最有前途的是密度梯度量子传输模型。它已经在DESSIS中实现（作为Poisson-Schrödinger的解决途径），并且具有很高的精度和强健性。图1a和1b是Fin场效应管。源区(1a)是透明的，可以看到沟道。沟道长20nm，厚6nm，高10nm。栅氧化层厚1.5nm。图1b

33、可以看到电子浓度最大的四个地方，位于角落附近远离前部后部底部和顶部的表面。这说明了二维电子量子特性。这种模拟使用的是密度梯度量子传输模型。图1a：Fin场效应晶体管图示图1b：Fin场效应管管道截面图。图中显示源漏之间部分截面的电子浓度。DESSIS的噪声模型考虑了载流子的统计特性，使用了直接阻抗场方法中的一种有效数字格林函数。各种噪声源可用于模拟扩散和产生复合噪声，这意味着现在的半导体器件在非平衡条件下噪声谱的改变是可以预测的。异质结构器件向器件模拟器提出了许多挑战，如固有的非局部传输，热电子效应，突变掺杂面，异质界面以及大范围的量子效应如空间量子化和隧穿。DESSIS作为最有强健性的可用的

34、基于物理的异质器件模拟器有很好的声誉。流体传输模型，通过异质界面和肖特基势垒的隧穿，以及空间量子化的密度梯度量子传输模型构成了异质结构模拟的框架。其他的DESSIS特征包括一个大的，经常更新的复合的半导体数据库，一个可行的模型界面来处理任何材料，和由参数决定的mole分数。大量数据，传输模型的广的范围和三维性能使得DESSIS具有先进的器件模拟器，这些都可用于功率半导体工业。DESSIS可模拟高压、高电流以及非等温条件的稳态和瞬态传输。它可以跟踪变化的I-V曲线，在电压和电流边界条件下迅速转化。DESSIS可以处理极限模拟例如雪崩击穿，二次击穿，热流失，浮动环以及宽禁带材料（SiC，GaN）。

35、 应变硅使得提高载流子的迁移率成为可能，从而引起更高的饱和电流。在硅层中引入应力最可行的办法就是在疏松的SiGe层上外延生长一层。两层之间的晶格失配会产生压力。DESSIS提供一些用应变硅层来模拟器件的模型。压阻模型包括两部分：（a）对于压力感应半导体能带结构变化模型是基于势能变化理论的，（b）压力还会改变载流子迁移率。在应变硅层，迁移率变成各向异性并通过线性张量描述。应变硅层中的压力值是压阻模型中的一个输入参数。另外，锗的摩尔分数模型是可行的。在这模型中，各种传输模型参数（迁移率和能带结构）决定于在SiGe层下的锗的摩尔分数。与压阻模型相反，在这模型中假设迁移率是同向的。ISE提供一系列的从

36、蒙特卡罗模拟标准和实验数据中得到的传输模型参数。DESSIS有物理模型，可以模拟一系列从总掺杂到单一局部变化（SEU）的不同的辐射效应。在处理SEU事件时三维情况是不可缺少的。DESSIS可以模拟氧化物中和载流子在半导体中传输具有相同级别的其他绝缘体中的载流子传输。陷阱模型包括陷阱的任意空间谱和能量谱，全陷阱和电离动能，陷阱辅助击穿以及复合。将陷阱置于氧化物中模拟载流子传输是一种严谨的研究总掺杂辐射问题的TCAD方法。MOSFET衰变模型是基于解决Si-SiO2界面Si-H结合物中氢的一阶动能方程，并在DESSIS中得到应用。它通过载流子传输方程得以有条理的解决，并决定于各种杂乱的氢能级，热载

37、流子，偏压条件以及Si-H结合物浓度。该模型具有监控和预知在压力和一般器件条件下的界面陷阱形成动能。特征和模型：1、传输模型漂移扩散流体热力学密度梯度量子传输金属传导陷阱动能2、模拟模型一维、二维、三维直流瞬时交流分析光学交流，量子效应大信号循环分析SPICE混合电路模拟和物理模型3、隧穿模型FowlerNordheim隧穿直接隧穿非局部WKB隧穿能带间隧穿陷阱辅助隧穿4、栅电流和界面模型隧穿模型热载流子注入热电子发射浮栅效应静电栅耦合5、各向异性模型和铁材料模型6、机械应力模型7、量子模型Dort修正法一维薛定谔方法密度梯度量子传输8、衰变模型9、辐射模型单一变化（SEU）总掺杂效应V、J模

38、型氧化物中的传输和陷阱10、 蒙特卡罗满带11、噪声模型扩散噪声产生复合噪声电路噪声12、光电子模型吸收模型光线跟踪EMLAB的电磁波传播Scalar Hemholtz光学模型激光模型（增益，折射率，辐射，复合）13、数据各种直接和迭代法平行直接解决法直接轴心法14、物理模型和小型模型界面应用：1、VDSMCMOSPD,FD及双栅SOIFinFET2、硅技术 BIT BiCMOS TFTFET3、异质结构 HBT HEMT MESFET HFET APD MODFET4、功率二极管（高压整流器）BJTDMOS,LDMOSIGBTMCTTriac8、 光电子器件光探测太阳能模块CCD固态激光器9

39、、 永久储存器EEPROMFlash20.1umNMOS工艺漏电流和电压曲线，其中红线表示流体传输（HD）模拟，黑线表示漂移扩散（DD）模拟。流体传输准确地反映速度过调效应和实际更高的漏电流。3a：STIMOS晶体管三维图像和网格。多晶硅栅进入氧化层沟，沟的斜率和多晶硅进入沟的斜率决定漏电流。3b：不同的多晶硅伸入沟边缘斜率的STIMOSFETs的Id-Vgs曲线，图中可以观测到平行和近平行沟或伸出的几何结构的两个峰。4a：.0.1um部分耗尽的T型栅SOIMOSFET的三维图像。4b：四种不同沟道宽度的曲线中峰。黄色曲线是包含体接触的二维模拟而白色是不包含体接触的二维模拟。随着沟道变宽，体接

40、触更加远而且SOI的浮动特性变得更加明显。5a：纳米双栅SOI晶体管5b：栅长为10nm的纳米级双栅SOI晶体管的阈值电压是硅片厚度的函数。黑线是用Poisson-Schrödinger 方法，通过解从栅顶到栅底一系列的一维Poisson-Schrödinger方程得到的结果。红线是用量子密度梯度传输模型得到的结果。蓝线是经典模拟的相应的结果，包含了在Dort模型中的量子效应。量子密度梯度传输模型得到的结果可以很好的与Poisson- Schrödinger方法进行比较。密度梯度模型非常的快而且可以和Poisson- Schrödinger相媲美。Dor

41、t模型假设量子井是三角形的。这种假设是可行的，例如在体MOS场效应管中的反型层。对于超薄的层面如在双栅SOI晶体管中厚为6nm或少于6nm的硅片，栅底能影响边界且Dort模型失效。6：在0.18umNMOS晶体管中噪声在不同栅压下随频率变化的关系函数。7a：由DIOS产生的SiGeHBT器件的二维掺杂剖面的总图。这SiGeHBT器件的二维结构和掺杂剖面显示了多晶硅的发射极，基极，集电极和绝缘沟。7b：对于SiGeHBT，截至频率是集电极电流的函数。红色曲线从|h21|=1导出，蓝色曲线从|h21|/10dB的斜率外推得到。流体传输模型可以很精确的解释电子速度过大。v8a：Al0.3 Ga0.7

42、 As/In0.75 Ga0.25 As HEMT器件的层结构。In0.75 Ga0.25 As沟道是10nm，异质结的界面的精化为1 Å.v8b：对于HEMT器件Id-Vgs特性的经典模型与密度梯度量子传输模型的比较。量子密度梯度传输模型的Id更高，是因为漏源端通过势垒的电子隧穿效应。9a：有护圈和无护圈的功率MOSFET器件的拓扑和掺杂分布的二维图9b：有护圈和无护圈的功率MOSFET器件的击穿特性。黑线是普通无护圈的功率MOSFET器件的击穿特性，红线是有护圈的功率MOSFET器件的击穿特性。10a：IGBT器件的结构和掺杂的总体二维图，靠近阳极的掺杂剖面的放大图。10b：非等

43、温条件下的IGBT器件的瞬时响应。红线表示晶格温度随时间函数的增大，蓝线表示阳极电流随时间函数的变化。这说明了IGBT阳极电流的热击穿，可以由固定宽度的门级电压脉冲的瞬时响应看出。晶格热振动引起热电子空穴的产生，接着温度升高，导致热量的不稳定和流失。11：不同晶格温度下6H-SiC晶闸管的I-V特性12：应变硅MOSFET的层结构和掺杂剖面图（来自Rim et al. 1)。栅长0.25um。p掺杂应变硅层有13nm厚。在这层底下是75nm厚的p+掺杂Si0.8Ge0.2，接着是800nm厚的p-掺杂Si0.8Ge0.2。在活层和衬底之间有一个1.5um厚的锗层逐渐减小到零。13a：应变硅MOSFET的漏电流随漏电压的变化（红线），没有应变硅的MOSFET的漏电流随漏电压的变化（蓝线）。上面的曲线Vgs=2 V，下面的曲线Vgs=1V。模拟在应变硅层中通过5x108Pa 的压力在压阻模型下进行的。对比结果显示漏电流的增加与文献中的实验结果相似1。v13b：在漏偏压Vds=10 mV时漏电流随栅压变化曲线。使用的模拟器件和模型与图13a相同