半导体器件模拟仿真课件

半导体器件模型与仿真

SemiconductorDeviceModelsandSimulation1最新课件半导体器件模型与仿真1最新课件平时：30%上机+考试：70%2最新课件平时：30%2最新课件内容大纲一、半导体仿真概述2学时二、半导体器件仿真软件使用2学时+2学时上机三、Diode器件仿真2学时+2学时上机四、BJT器件仿真4学时+4学时上机五、半导体工艺仿真软件使用4学时+4学时上机六、MOS工艺及器件仿真4学时+4学时上机七、总结与复习2学时+4学时上机3最新课件

（1）什么是仿真？仿真和另外一个词汇建模（modeling）是密不可分的。所谓建模就是用数学方式抽象地总结出客观事物发展的一般规律。

仿真是在这个一般规律的基础上，对某事物在特定条件下的行动进行推演和预测。因此可以说建模是仿真的基础，仿真是随着建模的发展而发展的。建模和仿真的关系可以比作程序设计中算法和语言的关系。一、概论：半导体仿真概述IntroductionofSemiconductorSimulation1.这门课是研究什么的？4最新课件（1）什么是仿真？一、概论：半导体仿真概述1.这门课是研（2）什么是半导体器件仿真？那么像电子IT行业里面的仿真软件按用途分是多种多样的。仅仅是集成电路这个行业来讲，就分电路仿真、器件仿真、工艺仿真等。再深入下去研究，研究固体物理学，半导体物理学也都有相关的仿真软件可以进行原子、分子级别的仿真。包括工艺仿真和器件电学特性仿真两个部分。研究单个元器件从生产工艺到性能特性的。5最新课件（2）什么是半导体器件仿真？5最新课件（3）什么是半导体器件仿真器？前面提及的理论基础不仅仅是同学们学习这门功课所需要的前期基础知识，也同样是开发仿真软件中最需要的理论基础。为什么呢？因为仿真实质上是通过仿真器来完成的。一般仿真器实质上等于（输入接口+模型库+算法+输出接口）核心部分是模型库的建立，精度，处理速度需要通过算法来调节。一个半导体仿真器弄能是否强劲，就是看模型库是否强大。所以它是随着对半导体理论的探索和对实验数据的累计的发展而发展的。6最新课件（3）什么是半导体器件仿真器？6最新课件2.在整个学科中所处的位置是什么？从纵向来讲，和其他CAD类或仿真类课程一样，它是基础理论知识和实际生产的链接点。从横向来讲，电路模拟、工艺模拟、器件模拟之间的关系可以用下面的结构图来表示7最新课件2.在整个学科中所处的位置是什么？从横向来讲，7最新课件工艺描述几何结构及掺杂

工艺仿真(ProcessSimulation)电学特性

器件仿真(DeviceSimulation)电路模拟用器件模型参数

IC电路仿真(ICCircuitSimulation)IC电路特性本门课程重点学习部分

器件模拟参数提取(Deviceparameterextractiontools)8最新课件工艺描述几何结构及掺杂工艺仿真电学特性器件仿真电3.有什么用？一方面，充分认识半导体物理学，半导体器件物理学等这些抽象难懂的理论基础知识在半导体工业中的实际应用。加强理论教学的效果。仿真也可以部分取代了耗费成本的硅片实验，可以降低成本，缩短了开发周期和提高成品率。也就是说，仿真可以虚拟生产并指导实际生产。9最新课件3.有什么用？9最新课件如前图所表，这个器件仿真在逻辑上是基础于电路仿真的。工艺仿真可以实现离子注入、氧化、刻蚀、光刻等工艺过程的模拟。可以用于设计新工艺，改良旧工艺。器件仿真可以实现电学特性仿真，电学参数提取。可以用于设计新型器件，旧器件改良，验证器件的电学特性。如MOS晶体管，二极管，双极性晶体管等等。提取器件参数，或建立简约模型以用于电路仿真。10最新课件如前图所表，这个器件仿真在逻辑上是基础于电路仿真的。10最新4.学习这门功课需要哪些准备？半导体物理学半导体器件物理学、MOS、BJT、Diode、功率器件等集成电路工艺技术简单的电路基础。11最新课件4.学习这门功课需要哪些准备？11最新课件5.学到什么程度？具体学什么？掌握模拟仿真软件的使用，对半导体器件的特性进行模拟和分析。具体为：复习现有以硅为主的超大规模集成电路工艺技术。学习工艺仿真软件的使用方法（氧化、扩散、离子注入、淀积、刻蚀、光刻等）2.熟悉并学会使用器件仿真软件（1）学习如何用仿真语句编写器件的结构特征信息（2）学习如何使用atlas器件仿真器进行电学特性仿真3.对半导体工艺仿真及器件仿真中所用到的模型加以了解4*.利用工艺器件仿真软件，培养和锻炼工艺流程设计和新器件开发设计等方面的技能。12最新课件5.学到什么程度？具体学什么？12最新课件6.半导体器件仿真的历史发展1949年：半导体器件模拟的概念起源于此年肖克莱（Shockley）发表的论文，这篇文章奠定了结型二级管和晶体管的基础。但这是一种局部分析方法，不能分析大注入情况以及集电结的扩展。1964年：古默尔（H.K.Gummel）首先用数值方法代替解析方法模拟了一维双极晶体管，从而使半导体器件模拟向计算机化迈进。1969年：D．P．Kennedy和R.R.O’Brien第一个用二维数值方法研究了JFET。J．W．Slotboom用二维数值方法研究了晶体管的DC特性。从此以后，大量文章报导了二维数值分析在不同情况和不同器件中的应用。相应地也有各种成熟的模拟软件，如CADDET和MINIMOS等。13最新课件6.半导体器件仿真的历史发展13最新课件Avanti:Tsuprem4/MediciTsuprem4/Medici是Avanti公司的二维工艺、器件仿真集成软件包。Tsuprem4是对应的工艺仿真软件，Medici是器件仿真软件。7.可选择的工艺及器件仿真工具简介14最新课件Avanti:Tsuprem4/Medici7.可选择ISE-TCAD工艺及器件仿真工具ISE-TCAD是瑞士ISE(IntegratedSystemsEngineering)公司开发的生产制造用设计（DFM：DesignForManufacturing）软件，是一种建立在物理基础上的数值仿真工具，它既可以进行工艺流程的仿真、器件的描述，也可以进行器件仿真、电路性能仿真以及电缺陷仿真等。基本上是成为行业标准，功能强大，已被收购，升级版为SentaurusTCAD。15最新课件ISE-TCAD15最新课件SentaurusTCADSentaurusProcess整合了：⑴Avanti公司的Tsuprem系列工艺级仿真工具（Tsupremⅰ，Tsupremⅱ，Tsupremⅲ只能进行一维仿真，到了第四代的商业版Tsuprem4能够完成二维模拟）以及TaurusProcess系列工艺级仿真工具；(2)ISEIntegratedSystemsEngineering公司的ISETCAD工艺级仿真工具Dios（二维）FLOOPS-ISE（三维）以及Ligament（工艺流程编辑）系列工具，将一维、二维和三维仿真集成于同一平台。SentaurusDevice整合了(1)Avanti的Medici和TaurusDevice(2)ISE的DESSIS器件物理特性仿真工具,充实并修正了诸多器件物理模型,推出新的器件物理特性分析工具SentaurusDevice。16最新课件SentaurusTCAD16最新课件SilvacoTCAD用来模拟半导体器件电学性能，进行半导体工艺流程仿真，还可以与其它EDA工具组合起来使用(比如spice)，进行系统级电学模拟。SivacoTCAD为图形用户界面，直接从界面选择输入程序语句，非常易于操作。其例子教程直接调用装载并运行，是例子库最丰富的TCAD软件之一。SilvacoTCAD平台包括：工艺仿真(ATHENA)器件仿真(ATLAS)快速器件仿真(Mercury)17最新课件SilvacoTCAD17最新课件devedit结构编辑器材料定义、结构定义指令等价*.str结构文件atlas器件仿真器*.log文件包含器件在指定工作条件下的工作特性。*.str文件指定工作条件下的结构文件。包含器件的载流子分布、电势分布、电场分布等信息。输入端仿真系统输出端输出端/输入端athena工艺仿真器图形界面操作-简易方便命令方式输入-复杂费力Silvaco软件介绍外部指令如偏压等工艺指令如扩散等输出端仿真系统输入端输入端输入端指令的输入通过deckbuild软件窗口传送至仿真器*.log*.str等输出文件通过tonyplot软件窗口来查看athena工艺仿真部分Atlas器件仿真部分18最新课件devedit材料定义、等价*.strAthena概述用途：开发和优化半导体制造工艺流程。

功能：模块大致分3类（1）用来模拟离子注入、扩散、氧化等以模拟掺杂分布为主的模块。（2）用来模拟刻蚀、淀积等以形貌为主的模块

（3）用来模拟固有和外来衬底材料参数及/或制造工艺条件参数的扰动对工艺结果影响的所谓IC工艺统计模拟可迅速和精确地模拟应用在CMOS、双极、SiGe/SiGeC、SiC、SOI、III-V、光电子和功率器件技术的所有关键加工步骤

athena工艺仿真器19最新课件Athena概述athena19最新课件如图所示为一个半导体工艺仿真的结果示意图。掺杂浓度几何结构20最新课件如图所示为一个半导体工艺仿真的结果示意图。掺杂浓度几何结构deckbuild的使用（1）deckbuild的调用在终端下使用如下命令：deckbuild-an&注：-an表示当启动deckbuild时，使用athena作为默认仿真器回车，短暂延时后，会出现deckbuild的主窗口，如图：上半部分的文本窗口用来创建和编辑仿真程序的输入窗口。中间是程序控制窗口下半部分的窗口是运行时用来显示仿真器的输出信息。21最新课件21最新课件（2）程序实例为了熟悉deckbuild下运行athena的机制，我们来打开和运行一些程序实例。点击菜单MainControl,在下拉菜单中再点击Examples…，会出现子窗口Deckbuild:examples所有实例都列在菜单”section”中根据应用类别分为若干组22最新课件（2）程序实例22最新课件双击文件名来选择实例如Mos1ex01.in被选中的输入文件的描述将会出现在示例窗口中，如图所示这些描述包括运行本例所需要的软件模块提供本例演示概貌描述本例所使用的仿真命令描述本例运行结束后显示出来的结果点击Loadexample与这个例子相关的输入文件会载入到deckbuild的文本窗口中此输入文件以及与之相关的其他文件会自动拷贝到你的工作目录中去23最新课件双击文件名来选择实例如23最新课件通过点击中间的程序控制窗口中的run按钮，来运行输入文件。24最新课件通过点击中间的程序控制窗口24最新课件一旦工艺模拟完成，MOS管的结构将会自动显示出来。如图所示，这是MOS管的结构图。接下来会自动传递给器件仿真器-ATLAS来进行器件仿真。25最新课件一旦工艺模拟完成，MOS管的结构将会自动显示出来。如图所示，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-考虑过程必需对器件生成的外在条件、物理过程进行描述。devedit结构编辑器athena之外的另一种可以生成器件信息的工具。26最新课件功能:deveditathena之外的另一种可以27最新课件27最新课件结构材料定义：

Mesh(网格)Region(区域)Electrode(电极)Doping(掺杂)Material(材料)材料定义、结构定义指令athena之外的另一种可以生成器件信息的工具。与devedit类似，用atlas器件仿真器语言编写器件信息。与devedit不同的是需要编程操作，没有图形操作界面。28最新课件结构材料定义：材料定义、athena之外的另一种可以生成器件29最新课件29最新课件二、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：语句的语法规则语句名称语句所用到的参数列表，包括类型，默认值及参数的描述正确使用了语句的实例学习重点（1）语法规则（2）用ATLAS程序语言编写器件结构30最新课件二、半导体器件仿真软件使用本章介绍ATLAS器件仿真器中所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2：一个语句一般有以下的定义格式：

<语句><参数>=<值>其中：<语句>表示语句名称<参数>表示参数名称<值>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。31最新课件1.语法规则规则2：一个语句一般有以下的定义格式：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(carriagereturn)来终止。例：region(OK)region(wrong)数字可以是数字也可以是字符串也是由空格（space）或回车(carriagereturn)来终止。例:3.16(OK)3.16(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）32最新课件解析：32最新课件规则3:参数有4种类型任何没有逻辑值的参数必须按PARA=VAL的形式定义这里PARA表示参数名称，VAL表示参数值。包括：特性型，整数型，实数型参数（Character,Integer，Real）而逻辑型参数必须和其他参数加以区分。33最新课件规则3:参数有4种类型任何没有逻辑值的参数必须按PARA例如，在语句：DOPINGUNIFORMCONCENTRATION=1E16P.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。34最新课件例如，在语句：34最新课件温馨提示：（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。

35最新课件温馨提示：（2）连续行35最新课件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atlas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36最新课件2.通过实例学语句实例简介：36最新课件goatlas调用atlas器件仿真器meshspace.mult=1.0网格初始化#x.meshloc=0.00spac=0.5x方向网格定义x.meshloc=3.00spac=0.2x.meshloc=5.00spac=0.25x.meshloc=7.00spac=0.25x.meshloc=9.00spac=0.2x.meshloc=12.00spac=0.5#y.meshloc=0.00spac=0.1y方向网格定义y.meshloc=1.00spac=0.1y.meshloc=2.00spac=0.2y.meshloc=5.00spac=0.4regionnum=1silicon定义区域electrname=anodex.min=5length=2定义电极electrname=cathodebot#....N-epidopingdopingn.typeconc=5.e16uniform定义初始掺杂浓度#....Guardringdopingdopingp.typeconc=1e19x.min=0x.max=3junc=1rat=0.6gauss定义p环保护掺杂dopingp.typeconc=1e19x.min=9x.max=12junc=1rat=0.6gauss#....N+dopingdopingn.typeconc=1e20x.min=0x.max=12y.top=2y.bottom=5uniformsaveoutf=diodeex01_0.strtonyplotdiodeex01_0.str-setdiodeex01_0.setmodelconmobfldmobsrhaugerbgncontactname=anodeworkf=4.97solveinitmethodnewtonlogoutfile=diodeex01.logsolvevanode=0.05vstep=0.05vfinal=1name=anodetonyplotdiodeex01.log-setdiodeex01_log.setquit37最新课件goatlas解析：（1）第一部分语句用来描述器件，包括网格参数（mesh）,电极设置（electrodelocations）以及掺杂分布（dopingdistribution）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。双载流子模型也有所定义carriers=238最新课件解析：（2）38最新课件关键语句是设置肖特基接触contactname=<char>(char表示接触的名称，用英文字符来表示比如anodecathode)work=<val>(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4.97，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.39最新课件关键语句是设置肖特基接触（3）39最新课件3.ATLAS器件仿真器中所用到的语句和参数详解：#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go语句：goatlas解析：go用来退出和重新启动atlas仿真器注意：这个命令是通过deckbuild来执行的主要包括三大部分内容（1）器件编辑语句region、electrode、doping等（2）模型与环境设置语句modelsmethod等（3）电学特性仿真语句solve等40最新课件3.ATLAS器件仿真器中所用到的语句和参数详解：#语句1#语句2设置初始网格均匀分布，为1.0微米meshspace.mult=1.0

#语句3设置x方向网格，从以0.5间隔的x=0.00的位置渐变过渡到以0.2为间隔的x=3.0的位置。这样可以根据需要设置多个网格x.meshloc=0.00spac=0.5x.meshloc=3.00spac=0.2x.meshloc=5.00spac=0.25x.meshloc=7.00spac=0.25x.meshloc=9.00spac=0.2x.meshloc=12.00spac=0.541最新课件#语句2设置初始网格均匀分布，为1.0微米#语句3解析：以上建立了一个含有网格信息的12微米×5微米大小的区域。<n>.MESH定义沿着<n>方向的网格位置。注意：x,y,z方向上定义是等价的。语法结构如下：X.MESHLOCATION=<数值>SPACING=<数值>Location定义了网格线的位置Spacing定义了网格间隔。#语句4设置y方向网格信息y.meshloc=0.00spac=0.1y.meshloc=1.00spac=0.1y.meshloc=2.00spac=0.2y.meshloc=5.00spac=0.442最新课件解析：以上建立了一个含有网格信息的12微米×5微米大小的区域#语句5区域定义语句

regionnum=1silicon解析:region语句定义了材料的位置每一个三角形都必须定义成一种材料。语法结构如下：REGIONNUMBER=<n><material>[<position>]Number=<n>定义了一个区域的序号，它可以从1到200.具有同一个区域序号的多重区域线条可以用来定义一个具有多个矩形特征的区域。<material>是一种或多种材料的名字如siliconsio2polysilicon等。<position>是一个或多个位置参数。43最新课件#语句5区域定义语句43最新课件regionnum=1siliconx.min=1.0x.max=12y.min=0.5y.max=5对于一个区域，可以指定其材料属性和位置坐标44最新课件regionnum=1siliconx.min=1regionnum=1siliconx.min=1.0x.max=12y.min=0.5y.max=5regionnum=2sio2x.min=0.0x.max=1y.min=0y.max=5定义多个区域，可使用多个region语句来完成。45最新课件regionnum=1siliconx.min=1regionnum=1siliconx.min=1.0x.max=12y.min=0.5y.max=5regionnum=2sio2x.min=0.0x.max=1y.min=0y.max=5regionnum=2sio2x.min=0.0x.max=12y.min=0y.max=1定义每个区域可以使用多条Region语句，只要保证区域标号一致即可。46最新课件regionnum=1siliconx.min=1SilvacoATLAS仿真器中可选的材料。主要包括单晶半导体如硅、锗、金刚石等化合物半导体如砷化镓等III-V族II-VI族等绝缘体如二氧化硅，四氮化三硅等导体如多晶硅、铝、金等几大类。47最新课件SilvacoATLAS仿真器47最新课件#语句6电极定义语句，其基本格式是#ELECTRODE

NAME=<en>

[NUMBER=<n>]

<pos>电极语句电极名称电极编号电极位置electrname=anodex.min=5length=2electrname=cathodebot(系统默认是电极位置为topx.min=0x.max=x.max)48最新课件#语句6电极定义语句，其基本格式是48最新课件electrname=anodex.min=5length=2y.min=0y.max=0.5electrname=cathodebot49最新课件electrname=anodex.min=5lelectrname=anodex.min=5length=2y.min=0y.max=0.5electrname=cathodey.min=4.5y.max=550最新课件electrname=anodex.min=5l#语句7掺杂定义语句dopingn.typeconc=5.e16uniform掺杂语句掺杂类型定义掺杂浓度定义掺杂形态定义#ptypedopingdopingp.typeconc=1e19x.min=0x.max=3junc=1rat=0.6gaussdopingp.typeconc=1e19x.min=9x.max=12junc=1rat=0.6gauss#....N+dopingdopingn.typeconc=1e20x.min=0x.max=12y.top=2y.bottom=5uniformDoping语句是用来定义器件结构中的掺杂分布。对于一组doping语句，每一个语句都是在之前语句的基础上给出的，有叠加的效果。

51最新课件#语句7掺杂定义语句#....N+dopingDDoping语句参数详解：1.解析分布类型参数介绍这些参数语句定义了Atlas将如何从解析函数中生成一个掺杂分布.（1）Gaussian类型解析分布Gaussian定义了高斯解析函数的使用来生成一个掺杂分布。如果Gaussian被定义了，那么下面的参数必须被定义。(i)极性参数N.typeP.type(ii)下列分布定义之一：concentration和junction浓度和结深concenration和charactreistic浓度和特性dose和characteristic剂量和特性长度（2）Uniform定义了使用常数作为解析函数来生成掺杂分布。掺杂会通过边界参数被定义在一个box中。这个box的默认值是整个区域。同样如果Uniform被定义了，那么N.typeP.type以及浓度参数都必须定义。52最新课件Doping语句参数详解：（1）Gaussian类型解析分布2.掺杂物类型参数介绍Antimony锑Arsenic砷Boron硼Indium铟Phosphorus磷E.LEVEL设置了分立陷阱能级的能量。对于acceptors，是对应于导带边缘的。对于donors，是对应于价带边缘的。N.TypeDonor定义了一个n类型或donor类型的掺杂物。此参数可以与gaussian或uniform分布类型联合使用。P.TypeAcceptor定义一个p类型或acctoper类型的掺杂物。此参数可以与gaussian或uniform分布类型联合使用。Trap定义了掺杂浓度被处理为陷阱态密度。OX.Charge定义了一个固定的氧化物电荷分布。氧化物电荷只能在任何绝缘物区域使用。53最新课件2.掺杂物类型参数介绍Antimony锑Arseni3.垂直分布参数Concentration浓度定义了峰值浓度当高斯分布被使用时。如果此参数未被定义，峰值浓度会从极性参数，边界条件，计量，或电阻率，特征浓度中计算出来。当uniform分布被定义，concentration参数被定义为均匀掺杂浓度的值，浓度必须是正的。Dose剂量只适用于高斯分布，定义了高斯分布的总剂量。Junction结深定义了高斯分布的硅区域内部p-n结的位置。当junction被定义了，characteristiclength会通过在常数矩形区域的终点之间的一个迭代中点检测掺杂浓度而计算出来。Junction的位置只是通过考虑所有前面掺杂语句信息来估算的，这意味着某些情况下，doping语句的顺序是很重要的。54最新课件3.垂直分布参数54最新课件dopingn.typeconc=5.e16uniformdopingp.typeconc=1e19y.min=0y.max=0char=30gaussdopingn.typeconc=1e19y.min=300y.max=300char=30gaussCHARACTERISTIC

定义了注入物的基本特征长度。如果此参数未被定义，基本特征长度可以从极性参数、边界条件参数、浓度和结参数中获得。55最新课件dopingn.typeconc=5.e16unifgoatlasmeshspace.mult=1.0x.meshloc=0.00spac=5x.meshloc=12.00spac=5y.meshloc=0.00spac=1y.meshloc=30space=5y.meshloc=270.00spac=5y.meshloc=300.00spac=1regionnum=1siliconx.min=0.0x.max=12y.min=0.0y.max=300electrname=anodetopelectrname=cathodebotdopingn.typeconc=5.e16uniformdopingp.typeconc=1e19y.min=0y.max=0char=30gaussdopingn.typeconc=1e19y.min=300y.max=300char=30gausssaveoutf=diodeex01_3.strsolveinitmethodnewtonlogoutfile=diodeex01_1.logsolvevanode=0.0vstep=0.5vfinal=100name=anodequit56最新课件goatlas56最新课件57最新课件57最新课件dopingn.typeconc=5.e16uniformdopingp.typeconc=1e19peak=20char=30gaussdopingn.typeconc=1e19peak=280char=30gaussPeak定义了高斯分布中峰值浓度的深度位置。58最新课件dopingn.typeconc=5.e16unif4.水平方向扩展参数类型X.MinX.MaxY.MinY.maxZ.MinZ.Max用以定义矩形边界。X.LeftX.min用以定义左侧边界X.RightX.Max用以定义右侧边界Y.Top.Y.Min用以定义上方边界Y.BottomY.Max用以定义下方边界Z.BackZ.Min用以定义后方边界Z.FrontZ.Max用以定义前方边界59最新课件4.水平方向扩展参数类型59最新课件5.水平方向分布参数类型Lat.Char定义水平（x方向）特征长度，如果不定义此长度则通过下列公式计算Lat.Char=Ratio.Lateral*Char其中Char是y方向上的特征长度，Ratio.Lateral是x方向与y方向的特征长度比例系数）dopingn.typeconc=5.e16uniformdopingp.typeconc=1e19x.min=0x.max=3char=20lat.char=0.1gauss改变lat.char分别为0.1、1、5、12对水平方向掺杂分布的影响如图所示60最新课件5.水平方向分布参数类型dopingn.typeco61最新课件61最新课件6.Trap（陷阱）参数REGION指定对哪个区域进行陷阱参数设置，系统默认对所有区域进行设置。E.LEVEL设置分立陷阱能级，对于acceptors,E.LEVEL在导带附近对于donors，E.LEVEL在共价带附近。DEGEN.FAC定义了陷阱能级的退化因子，用来计算密度。SIGN、SIGP定义了对于电子或空穴的陷阱捕获横截部分（capturecrosssection）TAUNTAUP定义了陷阱能级中的电子寿命和空穴寿命。62最新课件6.Trap（陷阱）参数62最新课件#语句8输出结构结果保存语句，其基本格式为SAVEOUTFILE=<filename>saveoutf=diodeex01_0.str#语句9，输出文件绘制语句tonyplotdiodeex01_0.str-setdiodeex01_0.set63最新课件#语句8输出结构结果保存语句，其基本格式为#语句9，64最新课件64最新课件#语句10模型选择语句modelconmobfldmobsrhaugerbgn#语句11接触设置语句contactname=anodeworkf=4.9765最新课件#语句10模型选择语句65最新课件迁移率模型介绍：(1)ANALYTIC指定了一个硅的随浓度变化的迁移率解析模型，包含了对温度的依赖关系。N是总掺杂浓度TLisKelvin温度。定义conmob和analytic参数都会激活此模型。此模型参数设置要用到mobility语句。缺省值参数值是硅材料和300K66最新课件迁移率模型介绍：N是总掺杂浓度TLisKelvin(2)ARORA指定了一个解析的浓度和温度依赖关系的模型，具有以下形式选择conmob和arora参数都会使用此模型。模型参数设置也是通过mobility语句来实现。模型的默认值也是硅材料和300K。67最新课件(2)ARORA指定了一个解析的浓度和温度依赖关系的模型ARORA迁移率模型用户自定义参数表68最新课件ARORA迁移率模型用户自定义参数表68最新课件(3)CCSMOB指定了一个载流子-载流子散射模型。这个模型是基于Dorkel和Leturq的模型。Dorkel和Leturq的模型是适用于低场强的迁移率模型。它包含了对温度、掺杂浓度、载流子-载流子散射的函数关系。通过ccsmob参数语句来激活这个模型。这里Lis晶格散射，l是离子化掺杂散射C是载流子-载流子散射。可以看出，选定了conmob模型就等同于同时选定了analytic和arora模型69最新课件(3)CCSMOB指定了一个载流子-载流子散射模型。这个ccsmob迁移率模型用户自定义参数表(4)CVT定义了随纵向电场变化的迁移率模型70最新课件ccsmob迁移率模型用户自定义参数表(4)CVT定义了随（5）FLDMOB定义了横向电场迁移率模型。在例子中已经有所介绍，其满足下列关系式：71最新课件（5）FLDMOB定义了横向电场迁移率模型。在例子中已经(6)KLA指定了Klaassen迁移率模型此模型整合了多数和少数载流子迁移率模型。包括了晶格散射效应、掺杂散射、载流子-载流子散射相应等。此模型和实验值吻合的非常好。以施主掺杂浓度为函数的电子多数载流子迁移率可以涵盖从1e14到1e22的广阔范围。以受主掺杂浓度为函数的电子少数载流子迁移率可以涵盖从1e17到1e20的范围。以施主掺杂浓度为函数的空穴少数载流子迁移率可以涵盖从1e17到1e20的范围温度设定范围为70K到500K此模型可在MOS或Bipolar仿真中使用。72最新课件(6)KLA指定了Klaassen迁移率模型72最新（7）MIN.SURF指定了WATT,TASCH或SHImobility模型，只能用于少数载流子。迁移率模型总表73最新课件（7）MIN.SURF指定了WATT,TASCH复合模型介绍：(1)AUGER参数语句指定了Auger复合模型。Augn和augp是用户自定义材料参数。其缺省值如下（2）AUGGEN指定程序使用Auger复合模型为激发项和复合项。74最新课件复合模型介绍：Augn和augp是用户自定义材料参数。其缺省（3）CONSRH指定Shockley-Read-Hall复合模型，这个模型使用了随浓度变化的载流子寿命。满足下列公式：n是总掺杂浓度TAUN0,TAUP0,NSRHN,和NSRHP参数可以通过Material语句来设定。（4）SRH指定程序使用恒定载流子寿命的Shockley-Read-Hall模型75最新课件（3）CONSRH指定Shockley-Read-Hall复（5）KLAAUG指定程序优先使用Klaassen模型(6)KLASRH76最新课件（5）KLAAUG指定程序优先使用Klaassen模型(6（7）TRAP.COULOMBIC对应于库仑势阱Poole-Frenkel势垒降低模型。（8）TRAP.TUNNEL对应于trap-assisted跃迁模型（9）TATUN对应于Klaassentrap-assisted跃迁模型77最新课件（7）TRAP.COULOMBIC对应于库仑势阱Pool激发模型介绍：1.能带间跃迁模型（1）BBT.KL定义了一个基于Klaassen的能带间跃迁模型（2）BBT.STD定义了一个标准能带跃迁模型模型（1）（2）均满足下列公式：对于BBT.STD对于BBT.KL78最新课件激发模型介绍：（1）BBT.KL定义了一个基于Klaas（4）DEVDEG.H激活了由热空穴注入所导致的器件退化模型。此情况下，HHI也要被选定（5）DEVDEG.B同时激活了由热电子注入和热空穴注入所导致的器件退化模型。此情况下，HEI和HHI也要同时被选定。（3）DEVDEG.E激活了由热电子注入所导致的器件退化模型。此情况下，HEI也要被选定。（6）HEI指定了注入到氧化物中的热电子。这个参数可以用来仿真MOS栅极电流或EPROM编程过程。（7）HHI指定了注入到氧化物中的热空穴。2.热载流子模型：79最新课件（4）DEVDEG.H激活了由热空穴注入所导致的器件退化#语句12命令执行语句solve语句介绍：solve是命令atlas在一个或多个偏压点（biaspoint）进行求解的语句solveinit解析：init是初始化（initial）参数，表示将所有电压归零。对于指定结构，如果在初始偏置点没有标明这个参数，系统将自动赋予这个参数。80最新课件#语句12命令执行语句solve80最新课件#语句13数值方法选择语句methodmethodnewton解析：method是用来设置求解方程或参数的数值方法。81最新课件#语句13数值方法选择语句method81最新课件#语句14运行数据结果保存语句语句介绍：输出结构结果保存语句log是用来将程序运行后所计算的所有结果数据保存到一个以log为扩展名结尾的文件中的一个语句。从solve语句中运算后所得到的结果都会保存在其中。logoutfile=diodeex01.log82最新课件#语句14运行数据结果保存语句82最新课件#语句15solve语句solvevanode=0.05vstep=0.05vfinal=1name=anodetonyplotdiodeex01.log-setdiodeex01_log.setquit83最新课件#语句15solve语句83最新课件84最新课件84最新课件语句汇总：Contact设置接触类型Doping设置掺杂类型Electrode设置电极Go仿真器调用Log定义输出数据文件语句Material定义材料类型Mesh定义初始化网格信息Method设置数值方法Mobility设置迁移率模型Models选取仿真模型Quit程序退出语句Region定义区域语句Save结构文件保存语句Solve求解语句Tonyplot绘图语句X.MESHY.MESHZ.MESH定义x,y,z方向网格语句85最新课件语句汇总：85最新课件三、二极管仿真DiodeSimulation二极管简介：为一个由p型半导体和n型半导体形成的p-n结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。当不存在外加电压时，由于p-n结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。基本特性：单向导电性。86最新课件三、二极管仿真DiodeSimulation86最新课二极管的应用1、整流二极管利用二极管单向导电性，可以把方向交替变化的交流电变换成单一方向的脉冲直流电。2、开关元件二极管在正向电压作用下电阻很小，处于导通状态，相当于一只接通的开关；在反向电压作用下，电阻很大，处于截止状态，如同一只断开的开关。利用二极管的开关特性，可以组成各种逻辑电路。3、限幅元件二极管正向导通后，它的正向压降基本保持不变（硅管为0.7V，锗管为0.3V）。利用这一特性，在电路中作为限幅元件，可以把信号幅度限制在一定范围内。

4、继流二极管在开关电源的电感中和继电器等感性负载中起继流作用。87最新课件二极管的应用87最新课件5、检波二极管在收音机中起检波作用。6、变容二极管使用于电视机的高频头中。7、显示元件用于VCD、DVD、计算器等显示器上。8、稳压二极管反向击穿电压恒定，且击穿后可恢复，利用这一特性可以实现稳压电路。88最新课件5、检波二极管88最新课件二极管工作原理：晶体二极管为一个由p型半导体和n型半导体形成的p-n结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。当不存在外加电压时，由于p-n结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。当外界有正向电压偏置时，外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流。当外界有反向电压偏置时，外界电场和自建电场进一步加强，形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流。当外加的反向电压高到一定程度时，p-n结空间电荷层中的电场强度达到临界值产生载流子的倍增过程，产生大量电子空穴对，产生了数值很大的反向击穿电流，称为二极管的击穿现象。p-n结的反向击穿有齐纳击穿和雪崩击穿之分。89最新课件二极管工作原理：89最新课件实例：一维二极管击穿仿真此例子使用自动曲线追踪算法演示了1维二极管击穿仿真，程序内容包括：（1）用atlas语句生成一维二极管结构；（2）为击穿仿真设置模型；（3）曲线追踪参数的设置；（4）自动反向电压曲线追踪仿真。90最新课件90最新课件实例详解：（1）用atlas语句生成一维二极管结构：goatlas#调用atlas仿真器meshx.ml=0.0spac=1.0#定义x方向网格信息x.ml=1.0spac=1.0y.ml=0spac=1.0#定义y方向网格信息y.ml=5.0spac=0.005y.ml=15spac=2regionnum=1silicon#定义区域1，材料为硅

electrodetopname=emitter#定义电极及名称electrodebottomname=basedopinguniformconc=5e17p.type#定义p区掺杂dopinguniformn.typeconc=1.e20x.l=0.x.r=1y.t=0.0y.b=5.0#定义n区掺杂

saveoutf=diodeex03_0.str#存储结构信息为文件diodeex03_0.str91最新课件实例详解：91最新课件（2）为击穿仿真设置模型：modelssrhconmobbgnaugerfldmob#srh对应Shockley-Read-Hall复合模型，其载流子寿命是固定的。这里ETRAP是陷阱能级和本征费米能级之间的差值。TL是晶格温度。Taun0和Taup0是电子和空穴的寿命。电子和空穴的寿命是可以自定义的，不同材料具有不同的寿命值。92最新课件（2）为击穿仿真设置模型：92最新课件#auger模型参数语句对应了augerrecombination模型，它满足下列公式：关于此复合过程目前为止物理学上是解释不清楚的。Augn和augp是用户自定义材料参数。#conmob对应了一个和浓度相关的迁移率模型，可以用于硅和砷化镓。这个模型只在300K时有效。它是一个经验数据模型。#fldmob对应了一个随横向场强变化而变化的迁移率模型。当载流子在电场中加速，随着场强的增加，载流子速度会出现饱和。为了体现此效应就得引入一个随场强增大而减小的迁移率。这是由于漂移速度是迁移率和电场强度的乘积。93最新课件#auger模型参数语句对应了augerrecombina#bgn对应了能带变窄模型。这里E是横向电场µn0andµp0分别是低场强下电子和空穴的迁移率。BETAN和BETAP参数是用户自定义参数。94最新课件#bgn对应了能带变窄模型。这里E是横向电场µn0impactcrowell#Impact语句用来激活Crowell-Sze冲击电离模型。模型出自论文：C.R.CrowellandS.M.Sze,“CurrentTransportinMetal-SemiconductorBarriers”,SolidStateElectronics,9,1966,p.1035-1048在任何空间电荷区，如果有足够高的反偏电压，就会有足够高的电场强度来使载流子加速到一个点，到达这个点以后，载流子就会获得足够的能量在与晶体原子碰撞的过程当中激发出更多的载流子。为了获得足够的能量，必须满足两个基本条件。第一个基本条件是场强要足够强。那么自由载流子之间的碰撞之间的距离必须足够大来使得载流子加速到充分高的速度。或者说载流子必须得到电离能Ei.如果这些自由载流子的激发率足够高的话，这一过程将最终导致雪崩击穿。95最新课件impactcrowell95最新课件（3）曲线追踪参数的设置solveinit#解初始化solvevemitter=0.1#设置要进行曲线追踪的电极methodnewtonclimit=1.e-4#设置数值方法96最新课件（3）曲线追踪参数的设置96最新课件curvetraceend.val=1=emittercurr.contmincur=1e-13nextst.ratio=1.2#curvetrace语句用来初始化曲线追踪程序。#end.val语句参数是命令仿真在电流超过这个值的时候终止。#语句参数定义曲线追踪所对应的电极#curr.contmincur语句定义将被用来监测的最小电流值curr.contmincur=1e-13表示当电流达到1e-13时开始监测#nextst.ratio语句参数是用来定义加大远离转换点的I-V曲线的平稳部分的电压间隔用的“最大化因子”。这个语句可以在曲线平稳部分增大电压间隔。比如说第一个间隔是0.1V,那个第二个间隔就是0.12V，依次递增。97最新课件curvetraceend.val=1e-4contr.（4）自动反向电压曲线追踪仿真logoutf=diodeex03.log#设置输出文件solvecurvetrace#激活曲线追踪算法tonyplotdiodeex03.log-setdiodeex03.set#绘图语句#solvecurvetrace语句是用来激活曲线追踪算法的。98最新课件（4）自动反向电压曲线追踪仿真98最新课件仿真结果99最新课件仿真结果99最新课件四、BJT仿真BJT是双极结型晶体管（BipolarJunctionTransistor—BJT）的缩写，又常称为双载子晶体管。它是通过一定的工艺将两个PN结结合在一起的器件，有PNP和NPN两种组合结构。是三端子器件NPN基极发射极集电极100最新课件四、BJT仿真NPN基极发射极集电极100最新课件工作原理一个npn晶体管可以被认为是共享一个阳极的两个二极管的组合。当发射结正偏，载流子热激发和耗尽区反向电场之间的平衡被打破，使得热激发电子被注入到基极区域，这些电子穿越基极从浓度较高的发射极区域附近扩散到集电极。在基极区域的电子被称为少数载流子，因为基极是p类型掺杂的。为了减少在到达集电极之前载流子被复合的百分比，晶体管的基区必须足够薄以使得载流子可以扩散到集电极。特别是基区厚度必须比电子的扩散长度小。共享的基极和不对称的集电极和发射极的掺杂是双极结型晶体管与两个分立反偏并联二极管的最大区分之处。101最新课件工作原理101最新课件BJT仿真Goatlas调用atlas器件仿真器mesh网格mesh初始化x.ml=0spacing=0.15定义x方向网格信息x.ml=0.8spacing=0.15x.ml=1.0spacing=0.03x.ml=1.5spacing=0.12x.ml=2.0spacing=0.15y.ml=0.0spacing=0.006定义y方向网格信息y.ml=0.04spacing=0.006y.ml=0.06spacing=0.005y.ml=0.15spacing=0.02y.ml=0.30spacing=0.02y.ml=1.0spacing=0.12102最新课件BJT仿真Goatlasregionnum=1silicon定义区域信息electrodenum=1name=emitterleftlength=0.8定义电极信息electrodenum=2name=baserightlength=0.5y.max=0electrodenum=3name=collectorbottomdopingreg=1uniformn.typeconc=5e15dopingreg=1gaussn.typeconc=1e18peak=1.0char=0.2dopingreg=1gaussp.typeconc=1e18peak=0.05junct=0.15dopingreg=1gaussn.typeconc=5e19peak=0.0junct=0.05x.right=0.8dopingreg=1gaussp.typeconc=5e19peak=0.0char=0.08x.left=1.5103最新课件regionnum=1silicondopingreg=1uniformn.typeconc=5e15dopingreg=1gaussn.typeconc=1e18peak=1.0char=0.2N-区N区域集电极104最新课件dopingreg=1uniformn.typecodopingreg=1uniformn.typeconc=5e15dopingreg=1gaussn.typeconc=1e18peak=1.0char=0.2dopingreg=1gaussp.typeconc=1e18peak=0.05junct=0.15

N-区N区域P区域0.15集电极105最新课件dopingreg=1uniformn.typecodopingreg=1uniformn.typeconc=5e15dopingreg=1gaussn.typeconc=1e18peak=1.0char=0.2dopingreg=1gaussp.typeconc=1e18peak=0.05junct=0.15dopingreg=1gaussn.typeconc=5e19peak=0.0junct=0.05x.right=0.8N-区域N区域P区域N+区域0.05集电极发射极106最新课件dopingreg=1uniformn.typecodopingreg=1uniformn.typeconc=5e15dopingreg=1gaussn.typeconc=1e18peak=1.0char=0.2dopingreg=1gaussp.typeconc=1e18peak=0.05junct=0.15dopingreg=1gaussn.typeconc=5e19peak=0.0junct=0.05x.right=0.8dopingreg=1gaussp.typeconc=5e19peak=0.0char=0.08x.left=1.5N-区域N区域P区域N+区域P+区域集电极发射极基极107最新课件dopingreg=1uniformn.typeco#设置BJT仿真所需要用到的物理模型modelsconmobfldmobconsrhaugerprint其中conmobfldmob是迁移率模型，consrhauger是复合模型，print是打印信息（可选）

#设置接触类型contactname=emittern.polysurf.rec解析：本例中，设置emitter（发射极）的接触类型为n型多晶硅（n.poly）,surf.rec是类型参数，表示定义在相应的接触处使用有限表面回复速度。108最新课件#设置BJT仿真所需要用到的物理模型108最新课件#求解初始化solveinit#保存结构信息文件saveoutf=bjtex04_0.str#用tonyplot绘图示意结构文件tonyplotbjtex04_0.str-setbjtex04_0.set109最新课件#求解初始化109最新课件110最新课件110最新课件#数值方法定义methodnewtonautonrtrap解析：Newton表示用牛顿法求解autonr和trap是牛顿法的参数语句。Autonr可以减少newton法中在每个偏压点处的LU分解数量。Trap是在不收敛的偏压点出减小间隔以求得收敛数据。#将collector(集电极)处的电压增至2Vsolvevcollector=0.025solvevcollector=0.1solvevcollector=0.25vstep=0.25vfinal=2name=collector#将base(基极)处的电压增至0.2Vsolvevbase=0.025solvevbase=0.1solvevbase=0.2111最新课件#数值方法定义111最新课件logoutf=bjtex04_0.log#定义数据输出文件solvevbase=0.3vstep=0.05vfinal=1name=base#将base电压从0.3伏特提升至1伏特，间隔为0.05Vtonyplotbjtex04_0.log-setbjtex04_0_log.set#将V-I曲线图像绘图112最新课件logoutf=bjtex04_0.log#定义数据输#终止之前的输出信息进行求解初始化logoffsolveinit#将base的电压生至0.7伏特solvevbase=0.025solvevbase=0.05solvevbase=0.1vstep=0.1vfinal=0.7name=base#将边界条件转换至电流边界条件contactname=basecurrent113最新课件#终止之前的输出信息进行求解初始化113最新课件#提升基级电流，保存结构文件solveibase=1.e-6saveoutf=bjtex04_1.strmastersolveibase=2.e-6saveoutf=bjtex04_2.strmastersolveibase=3.e-6saveoutf=bjtex04_3.strmastersolveibase=4.e-6saveoutf=bjtex04_4.strmastersolveibase=5.e-6saveoutf=bjtex04_5.strmaster114最新课件#提升基级电流，保存结构文件114最新课件#分别载入每一个保存过的结构文件，以此为初值，并在此初值基础上提升collector的电压，并将数据结果分别保存在不同log文件中。loadinf=bjtex04_1.strmasterlogoutf=bjtex04_1.logsolvevco