第三讲器件仿真

光电子器件综合设计 -------器件仿真 本讲主要内容  器件结构  材料特性  物理模型  计算方法  特性获取和分析

2器件仿真流程

00:13 Silvaco学习 3器件结构

• 怎样得到器件的结构？ 1、工艺生成 2、ATLAS描述 3、DevEdit编辑

• 需要注意的情况 除了精确定义尺寸外

也需特别注意网格 电极的定义（器件仿真上的短接和悬空） 金属材料的默认特性 devedit ：athena之外的另一种可以生成器件信息的工具。 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。 ATLAS描述器件结构  ATLAS描述器件结构的步骤 mesh region electrode doping 材料特性 材料的参数有工艺参数和器件参数 材料参数是和物理模型相关联的 软件自带有默认的模型和参数 可通过实验或查找文献来自己定义参数物理模型  物理量是按照相应的物理模型方程求得的  物理模型的选择要视实际情况而定  所以仿真不只是纯粹数学上的计算计算方法 在求解方程时所用的计算方法 计算方法包括计算步长、迭代方法、初始化 策略、迭代次数等

计算不收敛通常是网格引起的特性获取和分析  不同器件所关注的特性不一样，需要对 相应器件有所了解

 不同特性的获取方式跟实际测试对照来 理解

 从结构或数据文件看仿真结果了解一下ATLAS  ATLAS仿真框架及模块  仿真输入和输出  Mesh  物理模型  数值计算 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：

1.语句的语法规则 2.语句名称 3.语句所用到的参数列表， 包括类型，默认值及参数的描述 4.正确使用语句的实例 学习重点（1） 语法规则 （2）用ATLAS程序语言编写器件结构 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： 其中： =

表示语句名称 表示参数名称 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。 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 (carriage return)来终止。

例： region (OK) reg ion (wrong) 数字可以是数字也可以是字符串也是由空格（space）或回车 (carriage return)来终止。

例: 3.16 (OK) 3.1 6 (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） 规则3: 参数有4种类型 Parameter Description Value Required Example Character Any character string Yes material=silicon Integer Any whole number Yes region=1 Logical A true or false condition No gaussian

Real Any real number Yes x.min=0.1

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。 例如，在语句： DOPING UNIFORM CONCENTRATION=1E16 P.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。 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。 实例语句 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 #调用atlas器件仿真器 go atlas #网格初始化 mesh space.mult=1.0

#x方向网格定义 x.mesh loc=0.00 spac=0.5 x.mesh loc=3.00 spac=0.2 x.mesh loc=5.00 spac=0.25 x.mesh loc=7.00 spac=0.25 x.mesh loc=9.00 spac=0.2 x.mesh loc=12.00 spac=0.5

#y方向网格定义 y.mesh loc=0.00 spac=0.1 y.mesh loc=1.00 spac=0.1 y.mesh loc=2.00 spac=0.2 y.mesh loc=5.00 spac=0.4 #定义区域 region num=1 silicon #定义电极 electr name=anode x.min=5 length=2 electr name=cathode bot

#.... N-epi doping 定义初始掺杂浓度 doping n.type conc=5.e16 uniform

#.... Guardring doping 定义p环保护掺杂

doping p.type conc=1e19 x.min=0 x.max=3 junc=1 rat=0.6 gauss doping p.type conc=1e19 x.min=9 x.max=12 junc=1 rat=0.6 gauss

#.... N+ doping doping n.type conc=1e20 x.min=0 x.max=12 y.top=2 y.bottom=5 uniform

save outf=diode.str tonyplot diode.str -set diode.set #物理模型定义 model conmob fldmob srh auger bgn

#定义接触电极类型 contact name=anode workf=4.97

#偏压初始化 solve init

#数值计算方法 method newton

log outfile=diodeex01.log #设置偏压求解 solve vanode=0.05 vstep=0.05 vfinal=1 name=anode tonyplot diodeex01.log -set diodeex01_log.set quit 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 （electrode locations）以及掺杂分布（doping distribution） 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（carriers=2）。