【Silvaco TCAD教程】14 MixedMode器件-电路混合仿真

MixedMode器件-电路混合仿真Page2主要内容第一部分网表状态第二部分控制和电路分析状态第三部分总结Page31网表状态第一部分网表状态第二部分控制和电路分析状态第三部分总结1.1网表状态网表状态用于定义电路的拓扑结构以及电路元件的参数网表包含名称、网点和数值元件分为数值器件和SPICE元件Page4语法：namenet1net2value1.2电路元件名称约定的开头字母Page5NumericallysimulatedATLASdevices(“A”devices)User-definedtwo-terminalelements(“B”devices)Capacitors(“C”devices)Diodes(“D”devices)Voltagecontrolledvoltagesource(“E”devices)Currentcontrolledcurrentsource(“F”devices)Voltagecontrolledcurrentsource(“G”devices)Currentcontrolledvoltagesource(“H”devices)Independentcurrentsources(“I”devices,maybetimedependent)JFETs(“J”devices)Coupled(mutual)inductors(“K”devices)Inductors(“L”devices)MOSFETs(“M”devices)Opticalsources(“O”devices)Bipolarjunctiontransistors(“Q”devices)Resistors(“R”devices,maybetimedependent)Losslesstransmissionlines(“T”devices)Independentvoltagesources(“V”devices,maybetimedependent)MESFETs(“Z”devices)1.3数值器件网表定义Axxxn1=name1n2=name2[n3=name3…]infile=filename[width=val]Axxx：数值器件的名称；n1：电路网点n1；name1：数值器件的一个电极名称：infile：导入数值器件的结构文件；width：数值器件在Z轴方向的长度，三维器件则不需要width参数Page61.4网表状态例句Page7i1015agct0=cathode1=gate2=anodeinfile=thyristor.strwidth=1e6v1203thyristor、电压源和电流组成的最简单电路例句：Page82控制和电路分析状态第一部分第二部分网表状态第三部分总结控制和电路分析状态2.1主要的控制和电路分析状态Page92.2.1.begin开始启动MixedMode进行电路仿真Page10.begin.begin3d启动三维MixedMode仿真启动二维MixedMode仿真2.2.2.nodeset设置网点电压的初始值，通常用于电路的稳态求解Page11.nodesetv(1)=1v(2)=0v(3)=0语法：.nodeset[v(i)=val_i…]网点1、2和3的电压偏置到0V，求解电路稳态特性2.2.3.DC计算电路的转移曲线，这个过程中电容会被开路，而电感则视为短路Page12.dcvin0.5.0.25语法：.dcDEC|OCT|LINsource_namestartstopincrement/numbers_stepsDEC：以十进制扫描直流偏置（电压或电流）OCT：以八进制扫描直流偏置LIN：线性直流偏置扫描（默认）source_name：进行参数扫面的独立电压源、电流源或光源的名称start：参数扫描的初始值stop：参数扫描的最终值number_steps：参数扫描的步骤数扫描vin电压从0V到5V，步长0.25V。2.2.4.TRAN进行电路的瞬态分析Page13.tran1ns100usdtmin=1ps语法：.trantsteptstopdtconstdtmaxdtmintstep：初始时间间隔（秒）tstop：瞬态计算的总时间（秒）dtconst：常数时间步长（电流）dtmax:：最大时间步长（电流）dtmin：最小时间步长（电流）瞬态分析，初始步长1ns，总瞬态时间100μs，最小时间步1ps2.2.5.AC，线性小信号分析Page14语法：.acdec|oct|linnumpfstartfstop/sweepsource_namestartstopstepDEC：以十进制扫描频率OCT：以八进制扫描频率LIN：线性频率扫描（默认）nump：扫描的总点数fstart：开始频率（Hz）fstop：结束频率（Hz）source_name：被扫描的独立电压源、电流源或光源的名字start：扫描的初始值step：扫描的步长stop：扫描的最终值sweep：在每一个频率点进行DC扫描.aclin51e61e72.2.6.log指定保存的log文件名，log文件中包含电路计算得到的网点的电压和元件的电流信息Page15.logoutfile=igct语法：.logoutfile=filenamecsvfile=filename对于稳态分析：igct_dc_1.logigct_dc_2.log…对于交流分析：igct_ac_1.log…瞬态分析igct_tr.log2.2.7.load导入之前计算的结果文件，通常是在开始瞬态分析的时需要导入经过静态偏置点计算后保存的电路结果文件Page16.loadinfile=igct_save语法：.loadinfile＝filename2.2.8.numeric指定电路分析的计算参数Page17.numericlte=1vchange=10dtmin=1ps语法：.numeric[parameters]dtmax：最大时间步长，默认1*10100sdtmin：瞬态分析的最小时间步长，默认1*10-12sfill.ratio：使用迭代求解器计算电导率矩阵式的填充比，5.5imaxdc：稳态分析中电路－器件迭代的最大次数，默认25imaxtr：瞬态分析中电路－器件迭代的最大次数，默认15lte：瞬态分析中的局部舍位误差，默认0.1toldc：稳态分析中电路网点电压需满足的精度，默认1*10-4toltr：瞬态分析中电路网点电压需满足的精度，默认1*10-4vchange：网点电压允许的最大变化量，默认5*107Vvmax：网点电压的最大值，默认5*107Vvmin：网点电压的最小值，默认-5*107V2.2.9.option设置电路仿真选项Page18.optiontnom=300fullnrelpotcnode：在电路中的元件和地之间自动连接一个极小的电容dc.write：对电路进行直流扫描时结构保存的频率fulln：稳态仿真时使用FullNewton计算方法，默认的计算方法m21n：稳态仿真时使用修改的two-levelNewton计算方法print：在DC分析的每一偏置点或瞬态分析的每一时间步保存网点电压值replot：使用相对收敛准则计算ATLAS模型的电势,偏置电压很大时推荐rv：定义所有电压源和所有电感的欧姆电阻temp：设置器件温度tnom：设置电路温度write：结构文件保存的频率语法：.option[parameters]2.2.10.model定义电路中SPICE模型的参数，常用于定义D（二极管）、NMOS、PMOS、NPN、PNP、NJF（N沟JFET/MESFET）和PJF（P沟JFET/MESFET）的参数Page19.modelmodbjtnpnis=1e-17bf=100cje=1ftf=5pscjc=0.3frb=100rbm=202.2.11.save保存器件结构中计算的结果Page20.saveoutfile=frd语法：.saveoutfile=name[master=name][tsave=timepts].savemaster=frdmaster：在DC仿真的直流偏置点计算或在瞬态仿真的时间步骤计算完成之后保存标准结构文件，保存的频率可由.option状态的WRITE参数定义。outfile：在电路仿真完成之后保存结构文件“name.str”以及电路仿真的结果文件“name.cir”，outfile参数只保存最后计算的结果。“name.cir”可作为后续电路分析的初始猜测，后续仿真需通过.load状态导入“name.cir”。2.2.12.end结束MixedMode模块的电路仿真Page21.end2.3电路仿真示例Page22goatlas.begin#i1010aPIN0=cathode1=anodewidth=0.5e6infile=pin.str#.nodesetv(1)=0#.numerictoldc=1.e-3vchange=0.1imaxdc=1000.saveoutfile=PIN_turn_on.optionsfullndebug.end#modelsdevice=aPINmaterial=siliconbipolarmaterialdevice=aPINmaterial=silicontaup0=3e-6taun0=3e-6impactdevice=aPINmaterial=siliconselbmethodgummelnewton2.4瞬态参数瞬态分析主要是对依据瞬态参数的设置进行求解具有瞬态特性的元件有：电压源、电流源、电阻MixedMode的瞬态关系主要有EXP（指数）、GAUSS（高斯）、PULSE（脉冲）、PWL（分段线性）、PWLFILE（分段线性文件）、SFFM（调制正弦）、SIN（正弦）和TABLE（数据表）Page232.4.1EXPPage24语法：expi1i2td1tau1td2tau2i1：初始值i2：脉冲之后的值td1：上升延迟时间td2：下降延迟时间tau1：上升时间常数tau2：下降时间常数TimeValue0<t<td1i1td1

t

td2i1+(i2-i1)*(1-exp[-(t-td1)/tau1])t

td2i1+(i2-i1)*(1-exp[-(t-td1)/tau1])+(i1-i2)*(1-exp[-(t-td2)/tau2])2.4.1EXPPage25r1341mgexp1mg1e-31e-910ns10200电阻初始值为1MΩ，然后以指数形式从1MΩ降到1e-3Ω2.4.2PULSEPage26语法：pulsei1i2tdtrtfpwperi1：初始值；i2：脉冲值；td：脉冲延迟时间；tr：脉冲上升时间；tf：脉冲下降时间；pw：脉冲宽度；per：周期数。TimeValue0i1tdi1td+tri2td+tr+pwi2td+tr+pw+tfi1td+peri1td+per+tri2(第二个周期)2.4.