第三讲 Silvaco TCAD 器件仿真01

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2012/12/10,#,光电子器件综合设计,-,器件仿真,1,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,20:34,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,4,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,：,athena,之外的另一种可以生成器件信息的工具。,5,6,ATLAS,描述器件结构,ATLAS,描述器件结构的步骤,mesh,region,electrode,doping,7,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,8,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,9,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,10,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,11,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,12,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,二、半导体器件仿真软件使用,13,1.,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。,14,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,）,15,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。,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=0.1,16,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。,17,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。,18,2.,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,实例语句,19,#,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,20,#,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,21,#,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,out,#,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,22,23,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,）。,24,关键语句是设置肖特基接触,contact name=,(char,表示接触的名称，用英文字符来表示比如,anode cathode),workf=,(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.,25,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：,go atlas,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,models method,等,（,3,）电学特性仿真语句,solve,等,26,mesh,语句,#2 mesh,语句功能,：,mesh,定义,网格信息。类似于,athena,仿真器,中,的,Line,.,语法规则,：,.MESH LOCATION,= SPACING=,语句,解析：,此,语句定义了网格线的位置和间隔,。,状,态有,mesh,，,x.mesh,，,y.mesh,，,eliminate,等,参数解析：,参数,#1 mesh,：,MESH INF=,导入由,DevEdit,创建的器件结构,参数,#2,：,x.mesh,和,y.mesh,定义网格位置及其间隔,(line),mesh,space.mult= ,对,网格进行,控制,默认值为,1,。定义网格时必须先使用这句来初始化网格。,例如：,mesh,in,x.mesh loc=0.1 spac=0.05,27,mesh,参数,#3,Eliminate,可以在,ATLAS,生成的,mesh,基础上消除掉一些网格线，消除方式为隔一条删一条,可用参数有,columns,rows,ix.low,ix.high,iy.low.ly.high,x.min,x.max,y.min,y.max,例如：,Eliminate,columns x.min=0.2 x.max=1.4 y.min=0.2 y.max=0.7,Eliminate,前,Eliminate,后,28,#,例,1,设置初始网格均匀分布，为,1.0,微米,mesh space.mult=1.0,#,例,2,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.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,mesh,29,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。,.MESH,定义沿着,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.MESH LOCATION= SPACING=,Location,定义了网格线的,位置，,Spacing,定义了网格间隔。,#,例,3,设置,y,方向网格信息,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,mesh,30,#,语句,3,区域定义语句,region num=1 silicon,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：,REGION NUMBER= ,Number=,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。,是一种或多种材料的名字 如,silicon sio2 polysilicon,等。,是一个或多个位置参数。,mesh,31,region num=1 silicon x.min=1.0 x.max=12 y.min=0.5 y.max=5,对于一个区域，可以指定其,材料属性和位置坐标,mesh,32,region num=1 silicon x.min=1.0 x.max=12 y.min=0.5 y.max=5,region num=2 sio2 x.min=0.0 x.max=1 y.min=0 y.max=5,定义多个区域，,可使用多个,region,语句来完成。,mesh,33,region num=1 silicon x.min=1.0 x.max=12 y.min=0.5 y.max=5,region num=2 sio2 x.min=0.0 x.max=1 y.min=0 y.max=5,region num=2 sio2 x.min=0.0 x.max=12 y.min=0 y.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。,mesh,34,MATERIALS,#,语句,3 materials,语句功能：,语法规则：,MATERIAL ,material material=InGaAs align=0.36 eg300=0.75 nc300=2.1e17 ,nv300=7.7e18 copt=9.6e-11,material material=InP affinity=4.4 align=0.36 eg300=1.35 ,nc300=5.7e17 nv300=1.1e19 copt=1.2e-10,material region=1 taun0=5.0e-10 taup0=1.0e-9 vsatn=2.5e7 ,mun0=4000 mup0=200,impact selb material=InGaAs an2=5.15e7 ap2=9.69e7 bn2=1.95e6 ,bp2=2.27e6,impact selb material=InP an2=1e7 ap2=9.36e6 bn2=3.45e6 bp2=2.78e6,Material taun0=1.e-9 taup0=1.e-9 f.conmun=hemtex01_interp.lib,material align=0.6,例句：,35,可选的材料,36,材料参数,37,材料参数和物理模型的选取有关，常用的参数及说明如下：,材料参数,38,材料参数,20:34,39,材料参数,20:34,Silvaco,学习,40,#,语句,4,电极定义语句，其基本格式是,#,ELECTRODE,NAME=,NUMBER=,电极语句 电极名称 电极编号 电极位置,electr name=anode x.min=5 length=2,electr name=cathode bot,(,系统默认是电极位置为,top x.min=0 x.max=x.max),41,electr name=anode x.min=5 length=2 y.min=0 y.max=0.5,electr name=cathode bot,42,electr name=anode x.min=5 length=2 y.min=0 y.max=0.5,electr name=cathode y.min=4.5 y.max=5,43,#,语句,5,掺杂定义语句,doping, ,掺杂,语句 掺杂,形态,定义 掺杂,类型定义 掺杂浓度,定义,掺杂位置,分布：,uniform,gaussian,erfc,，具体设置还可分为三组,1,，,Concentration and junction,2,，,Dose and characteristic,3,，,Concentration and characteristic,杂质类型：,n.type,p.type,位置：,region,x.min,x.max,y.min,y.max,peak,junction,例：,#,p type doping,doping p.type conc=1e19 x.min=0 x.max=3 junc=1 rat=0.6,gauss,注：,Doping,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。,掺杂定义,44,Doping,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.type P.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.type P.type,以及浓度参数都必须定义。,45,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.Type Donor,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.Type Acceptor,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。,2.,掺杂物类型参数介绍,46,3.,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，,characteristic length,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。,47,doping n.type conc=5.e16 uniform,doping p.type conc=1e19 y.min=0 y.max=0 char=30 gauss,doping n.type conc=1e19 y.min=300 y.max=300 char=30 gauss,CHARACTERISTIC,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。,48,Doping,例句,doping uniform conc=1e16 n.type region=1,doping region=1 gaussian conc=1e18 peak=0.1 characteristic=0.05 ,p.type x.left=0.0 x.right=1.0,doping region=1 gauss conc=1e18 peak=0.2 junct=0.15,doping x.min=0.0 x.max=1.0 y.min=0.0 y.max=1.0 n.type ascii ,in,均匀掺杂,高斯分布,从文件导入杂质分布,49,go atlas,mesh space.mult=1.0,x.mesh loc=0.00 spac=5,x.mesh loc=12.00 spac=5,y.mesh loc=0.00 spac=1,y.mesh loc=30 space=5,y.mesh loc=270.00 spac=5,y.mesh loc=300.00 spac=1,region num=1 silicon x.min=0.0 x.max=12 y.min=0.0 y.max=300,electr name=anode top,electr name=cathode bot,doping n.type conc=5.e16 uniform,doping p.type conc=1e19 y.min=0 y.max=0 char=30 gauss,doping n.type conc=1e19 y.min=300 y.max=300 char=30,gauss,Doping,例句,50,Doping,例句,save outf=diodeex01_3.str,solve init,method newton,log out,solve vanode=0.0 vstep=0.5 vfinal=100 name=anode,quit,51,Doping,例句,52,doping n.type conc=5.e16 uniform,doping,p.type conc=1e19 peak=20 char=30 gauss,doping,n.type conc=1e19 peak=280 char=30 gauss,Peak,定义了高斯分布中峰值浓度的深度位置。,Doping,例句,53,4.,水平方向扩展参数类型,X.Min X.Max Y.Min Y.max Z.Min Z.Max,用以定义矩形边界。,X.Left X.min,用以定义左侧边界,X.Right X.Max,用以定义右侧边界,Y.Top. Y.Min,用以定义上方边界,Y.Bottom Y.Max,用以定义下方边界,Z.Back Z.Min,用以定义后方边界,Z.Front Z.Max,用以定义前方边界,Doping,例句,54,5.,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）,doping n.type conc=5.e16 uniform,doping p.type conc=1e19 x.min=0 x.max=3 char=20 lat.char=0.1 gauss,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,Doping,例句,55,Doping,例句,56,6. 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（,capture cross section,）,TAUN TAUP,定义了陷阱能级中的电子寿命和空穴寿命。,Doping,例句,57,#,语句,6 save,输出,结构结果保存语句， 其基本格式为,SAVE OUTFILE=,save outf=diodeex01_0.str,#,语句,7,tonyplot,输出文件绘制语句,tonyplot,*,.,str -set,*,.,set,58,界面特性,interface y.max=0.1 qf=1e11,interface x.min=4 x.max=4 y.min=0.25 y.max=0.1 qf=1e11 ,s.n=1e4 s.p=1e4,语句,#7,界面特性定义语句,Interface,定义,界面电荷密度（,cm,-2,）和表面复合速率，,s.n,和,s.p,分别,为电子和空穴的表面复合,速率。,注,（,1,）,界面默认类型为半导体,-,绝缘体界面，或半导体,-,半导体之间的区域、半导体的边界区域,（,2,）,S.S,，,S.M,，,S.C,，为界面模型应用在半导体,-,半导体界面，半导体,-,金属界面，半导体,-,导体界面,59,界面定义,interface,*,界面态的定义,（必须,interface,与,inttrap,一起使用）,interface s.s charge=,-,5e14 thermionic tunnel x.min=9 x.max=14 y.min=2.5 ,y.min=2.502,inttrap s.s e.level=1.61,acceptor,density=5e14 degen=1 sign=7e-16 ,sigp=6e-16,上例中,interface,语句定义了在指定的半导体异质结界面存在,5e14,的界面电,荷，其电子输运机制为,thermionic&tunnel,两个模型。,inttrap,语句定义了在指定的半导体异质结界面的界面电荷起受主作用在禁带中,引入的能级位置在导带下,1.61eV,处，且该受主能级的简并度为,1,，对电子和空穴的,俘获截面各为,7e-16,和,6e-16,。,acceptor -,5e14, e.level,以导带为参考,donor +,5e14, e.level,以价带为参考,*界面固定电荷的定义,INTERFACE QF=3e10 X.MIN=1.0 X.MAX=2 Y.MIN=0.0 Y.MAX=0.5,体内陷阱的定义,trap,trap material=Silicon e.level=0.9 donor density=1e13 degen=1 sign=5e-13 ,sigp=5e-13,60,物理模型,物理模型分为五大类：,1.,迁移率模型,2.,复合模型,3.,载流子统计模型,4.,碰撞离化模型,5.,隧道模型,物理模型由状态,models,和,impact,指定,推荐的模型,MOSFETs,类型：,srh,，,cvt,，,bgn,BJT,，,thyristors,等：,Klasrh,，,klaaug,，,kla,，,bgn,击穿仿真：,Impact,，,selb,Models conmob fldmob srh auger,temp=300,print,例句：,Impact selb,Model bgn fldmob srh,#,语句,8,模型选择,语句,61,C,ontact,#,语句,9,接触,特性,定义,contact,默认情况下：金属半导体接触为,欧姆接触，所以对需要欧姆接触特性的电极无需定义接触特性。,只要定义了功函数则认为是肖特基接触（两者功函数相等时变成欧姆接触）,eg,：,CONTACT NAME=gate WORKFUNCTION=4.8,用户可以用材料名来代替功函数的定义（,ALUMINUM, N.POLYSILICON, P.POLYSILICON, TUNGSTEN,和,TU.DISILICIDE,）：,eg,：,CONTACT NAME=gate N.POLYSILICON,ALUMINUM,和重掺,Si,的接触为欧姆接触，此时若定义功函数则是错误的：,eg,：,CONTACT NAME=gate ALUMINUM /*wrong*/,定义肖特基接触的势垒和偶极子降低的势垒高度：,eg,：,CONTACT NAME=anode WORKFUNCTION=4.9,BARRIER ALPHA=1.0e-7,势垒降低系数设为,1nm,设置电流边界条件,contact,eg,：,contact name=cathode current ,主要用在击穿特性的模拟中,62,外部电阻，电感和电容的定义,contact,eg,：,CONTACT NAME=drain RESISTANCE=50.0 ,CAPACITANCE=20e-12 INDUCTANCE=1e-6,在漏极,并联,一个,50,的电阻，,20pF,的电容和,1,H,的电感,注意：在二维模拟器中，由于,z,方向的默认值为,1 m,，所以默认的电阻单位为,m,， 电容单位为,F/,m,，电感的单位为：,H,m,。,eg,：,CONTACT NAME=source CON.RESISTANCE=0.01,定义了电极接触的分布电阻，,0.01,cm,2,。,CON.RESISTANCE,不能和,RESISTANCE,同时使用。,浮动接触定义,contact,应用于两种情况：,1,、,EEPROM,和其他编程器件；,2,、功率器件中的浮动场板,eg,：,CONTACT NAME=fgate FLOATING,将名为,fgate,的电极定义为浮动电极，并且将在该电极上默认使用电荷边界条件。,63,eg,：,CONTACT NAME=drain CURRENT,对于直接金半接触的浮动电极，不能用参数”,FLOATING“,，这种情形需要将,该电极定义为电流边界条件，并在之后的,solve,语句中将其电流设为,0,。,eg,：,CONTACT NAME=drain RESIST=1e20,在电极上设置一个很大的电阻，这样一来流过该电极的电流会非常小，也就相当于浮动电极,。,64,电极短路,contact,除了定义同样的电极名外,contact name=base1 common=base,是电极短接的,另一种办法。,eg,：,CONTACT name=base1 COMMON=base FACTOR=0.5,上例中,Vbase1=Vbase+0.5,eg,：,CONTACT name=base1 COMMON=base,mult,FACTOR=0.5,上例中,Vbase1=Vbase,0.5,注意：以上两例对电流边界条件不适用,如果从,ANTHENA,或,DEVEDIT,导入的结构中已有电极名称的定义，,ATLAS,将,会自动对其进行短接，并沿用已有的电极名。,电极开路,contact,1,、删除要开路的电极,2,、在需要开路的电极上并接一个极大的外电阻,3,、先将需要开路的电极有设成电流边界条件，然后再将流过该电极的电流值设得很小或为,0,。,65,#,语句,10,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（,bias point,）进行求解的语句,solve init,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。,66,求解,方法,#,语句,11,数值方法选择语句,method,解析：,ATLAS,仿真半导体器件是基于对,16,个相互关联的非线性偏微分方程的求解。,ATLAS,在每个格点对这组方程进行数值计算得到器件的特性。,1,、,gummel,Gummel,迭代法收敛慢，但能容忍粗糙的初始假设值；,Gummel,迭代法不能用于含有集总元件或电流边界条件情形的求解；默认的,Gummel,迭代式阻尼的，可将参数,dvlimit,设置成负值或零让迭代成为非阻尼的；,Gummel,迭代时的线性,Poisson,求解的数目限制为,1,，这会导致电势更新时的弛豫不足。“,single-Poisson”,求解模式可扩展,Gummel,迭代方法的应用范围,这在小电流,Bipolar,仿真和,MOS,饱和区的仿真上很有用。,使用方法：,method singlepoisson,67,求解方法,2,、,newton,Newton,迭代法每一次的迭代将非线性的问题线性化处理，离散化的“尺寸”较大，则所需的时间也会变长。如果初始假设很成功的话，就能很快得到收敛，且结果比较满意。,Newton,迭代法是,ATLAS,计算漂移,-,扩散的,默认方法,。此外还有其他的计算需要采用,Newton,迭代法，如：,DC,扫描，瞬态扫描，,curve tracing,，频域的小信号分析。,Newton-Richardson,迭代法是,Newton,迭代法的变体，当收敛放慢时它会计算新的系数矩阵。,Method,的参数设置为,autonr,时会自动采用,Newton-Richardson,迭代法。,如果经过很多步才能收敛，问题可能来自于：网格定义（高宽比或宽高比很大的三角形太多），耗尽区扩展到已定义为欧姆接触的地方，初始假设值很差。,68,求解方法,3,、,block,在含有晶格加热或能量平衡方程时,block,迭代法很有用。,Block,迭代法,计算一些由不同方程按不通顺序组成的子方程组。,在不等温的漂移,-,扩散仿真时指定,block,迭代法，则,Newton,迭代法,将更新,电势和掺杂浓度，去耦之后计算热流方程。,都包含热流方程和载流子温度方程时，,block,迭代法将首先计算,最初的,温度，然后将晶格温度去耦之后进行迭代。,4,、组合迭代,有时需要将,newton,迭代、,gummel,迭代和,block,迭代组合使用。,可以先,用,gummel,迭代法，一定计算步数还不收敛时再转为采用,newton,迭代或,block,迭代计算。,Gummel,迭代的次数由参数,gum.init,设定。,在包含晶格加热或能量平衡计算时，可以先采用,block,迭代法，,然后用,newton,迭代法，,block,迭代的次数上限用,nblockit,设置。,69,求解方法,5,、例句,基本漂移扩散计算：,Method gummel newton,晶格加热时的漂移扩散计算：,Method block newton,能量平衡计算：,Method block newton,计算的载流子数，默认是,2,，也可以是,1,或,0,。载流子类型,elec,和,hole,分别,表示电子和空穴，载流子类型设置为,1,时，可以设为,elec,或,hole,。,载流子,类型设置为,0,时，将主要得到电势分布的仿真结果。,Method carriers=2,Method carriers=1 elec,或,Method carriers=1 hole,Method carriers=0,70,求 解,Solve,、,log,和,tonyplot,初始化偏置：,solve init,设置偏压：,solve vanode=10,使用前面的最终结果：,solve previous,电压扫描：,solve vanode=0 vfinal=10 vstep=0.1 name=anode,电流扫描：,solve ianode=0 ifinal=10 istep=0.1 name=anode,还有瞬态，交流小信号等特性的扫描。,Curvetrace,扫描，用于多值特性的扫描，二次击穿，,pnpn,栓锁特性等。,curvetrace contr.name=anode beg.val=0 step.init=1 ,nextst.ratio=1.39 mincur=1e-12 end.val=1e-2 curr.cont,log out,solve curvetrace,tonyplot ltt.log,结构文件的保存：,output band.param band.temp con.band val.band,solve init outf=ltt.str master /,保存,atlas,标准文件格式,tonyplot ltt.str,71,#,solve vanode=0.05 vstep=0.05 vfinal=1,name=anode,tonyplot diodeex01.log -set,diodeex01_log.set,quit,求 解,72,#,语句,13,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。,log,out,Load,从文件中导入先前的结果作为后续的或其它点的初始假设值。,Save,将所有结点的信息保存到输出文件。,load,in1 in2file,=,solve out master,结果保存,73,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.MESH Y.MESH Z.MESH,定义,x,y,z,方向网格语句,语句汇总,74,光电特性仿真,光电特性仿真主要是要加光照，定义光束用,BEAM,其主要参数有，方向参数、,波长、强度分布、光线的几何分布参数、反射参数等。,beam num=1 x.orign=5 y.orign=2 angle=90 wavelenght=.8,例如：,定义光束的方向及波长，（,x.orign,y.orign,）为光出射的点，,angle,为从,X,轴正向往,Y,轴负方向偏转的角度，默认为,0,，,90,即为垂直照射。,beam num=1 x.orign=5 y.orign=2 angle=90 wavel.start=.5 wavel.end=1.7 ,wave.num=13,光束是复合光，波长范围由开始波长、结束波长以及波长数目定义。,beam num=2 x.orign=1 y.orign=1 angle=90 wavelength=1.5 ,back.refl front.refl reflect=5 min.power=0.01,考虑光在器件界面的反射（前反射和后反射），以及反射次数和最小,光强的限制,#,语句：,BEAM,75,76,特性获取,77,加,偏置用,solve,先需要设置数据保存在日志文件，之后才可以用,Tonyplot,显示,出来,Log outfile=*.log,Solve init,Solve vdrain=0.1,Solve vgate=0.05 vstep=0.05 vfinal=1.0 name=gate,Solve ibase=1e-6,简单例句：,特性获取,beam num=1 x.orign=5 y.orign=2 angle=90 wavelenght=.8,beam num=1 x.orign=5 y.orign=2 angle=90 wavel.start=.5 ,wavel.end=1.7 wave.num=13,beam num=2 x.orign=1 y.orign=1 angle=90 wavelength=1.5 ,back.re front.re reect=5 min.power=0.01,beam num=3 x.orign=2 y.orign=0.5 angle=90 wavelength=0.9 ,rays=101 gaussian mean=0 xsigma=0.25,光电效应仿真时光线的设置：,波长、入射点位置和角度：,一定范围的波长：,前后背面的反射：,光强为高斯分布：,78,特性获取,79,beam num=1 x.origin=2.5 y.origin=1.0 angle=90.0 wavelength=.4,#,solve init,solve vcathode=0.05 vstep=0.05 vnal=1.0 name=cathode,#,log outf=spectral_Response.log master,solve prev b1=2 lambda=0.5,solve prev b1=2 lambda=0.6,solve prev b1=2,lambda=0.7,solve,prev b1=2 lambda=0.8,solve prev b1=2 lambda=0.9,solve prev b1=2 lambda=1.0,solve prev b1=2 lambda=1.2,光电效应仿真：,# b1=2,表示第一束光的光强为,2W/cm2,#solve,prevous,将之前的结果作为计算,的,初始近似,三维器件仿真,80,三维器件仿真流程和语法可参照二维仿真,位置坐标是三维数据,物理模型少数会有差别,仿真结果分析,81,仿真结果的表现形式,1,、包含有电学、光学、热学信息等的结构文件（可由,Tonyplot,导出数据）,2,、仿真得到的日志文件（可由,Tonyplot,导出数据）,3,、抽取的结果（*,.dat,或是在实时输出窗口显示）,注意：,在,结构定义时，尽量减少区域的数量；,模拟时不要心急，先确定好器件的热平衡态的所有特性，包括掺杂浓度、电场分布、能带结构、网格化分等许多基本信息是否与自己希望的一样；,确认后器件的热平衡态的所有特性无误后，再进行特性模拟。特性模拟时要注意步长的选取，在能容忍的时间范围内，尽量减小扫描步长以获得细腻的特性，否则可能会跳过某些关键点；,看到模拟的器件特性,之后，要细心分析正确与否。,82,从结构文件中导出数据,83,Format:Tonyplot User Data,从日志文件导出数据,84,Format:Comma Separated Values,