第三講-Silvaco-TCAD-器件仿真01-課件

光電子器件綜合設(shè)計(jì)

-------器件仿真2020/10/281本講主要內(nèi)容器件結(jié)構(gòu)材料特性物理模型計(jì)算方法特性獲取和分析2020/10/282精品資料2020/10/283器件仿真流程2020/10/284Silvaco學(xué)習(xí)器件結(jié)構(gòu)怎樣得到器件的結(jié)構(gòu)？

1、工藝生成 2、ATLAS描述 3、DevEdit編輯需要注意的情況

除了精確定義尺寸外也需特別注意網(wǎng)格

電極的定義（器件仿真上的短接和懸空）

金屬材料的默認(rèn)特性2020/10/285功能:（1）勾畫(huà)器件。（2）生成網(wǎng)格。(修改網(wǎng)格)既可以對(duì)用devedit畫(huà)好的器件生成網(wǎng)格，或?qū)thena工藝仿真生成含有網(wǎng)格信息的器件進(jìn)行網(wǎng)格修改。為什么要重新定義網(wǎng)格？工藝仿真中所生成的網(wǎng)格是用來(lái)形成精確度摻雜濃度分布、結(jié)的深度等以適合于工藝級(jí)別的網(wǎng)格，這些網(wǎng)格某些程度上不是計(jì)算器件參數(shù)所必需的。例如在計(jì)算如閾值電壓、源/漏電阻，溝渠的電場(chǎng)效應(yīng)、或者載流子遷移率等等。Devedit可以幫助在溝渠部分給出更多更密度網(wǎng)格而降低其他不重要的區(qū)域部分，例如柵極區(qū)域或者半導(dǎo)體/氧化物界面等等。以此可以提高器件參數(shù)的精度。簡(jiǎn)單說(shuō)就是重點(diǎn)區(qū)域重點(diǎn)給出網(wǎng)格，不重要區(qū)域少給網(wǎng)格。和工藝仿真的區(qū)別：devedit-考慮結(jié)果他不考慮器件生成的實(shí)際物理過(guò)程，生成器件時(shí)不需要對(duì)時(shí)間、溫度等物理量進(jìn)行考慮。athena-考慮過(guò)程必需對(duì)器件生成的外在條件、物理過(guò)程進(jìn)行描述。

devedit

：athena之外的另一種可以生成器件信息的工具。2020/10/2862020/10/287ATLAS描述器件結(jié)構(gòu)ATLAS描述器件結(jié)構(gòu)的步驟meshregionelectrodedoping2020/10/288材料特性材料的參數(shù)有工藝參數(shù)和器件參數(shù)材料參數(shù)是和物理模型相關(guān)聯(lián)的軟件自帶有默認(rèn)的模型和參數(shù)可通過(guò)實(shí)驗(yàn)或查找文獻(xiàn)來(lái)自己定義參數(shù)2020/10/289物理模型物理量是按照相應(yīng)的物理模型方程求得的物理模型的選擇要視實(shí)際情況而定所以仿真不只是純粹數(shù)學(xué)上的計(jì)算2020/10/2810計(jì)算方法在求解方程時(shí)所用的計(jì)算方法計(jì)算方法包括計(jì)算步長(zhǎng)、迭代方法、初始化策略、迭代次數(shù)等計(jì)算不收斂通常是網(wǎng)格引起的2020/10/2811特性獲取和分析不同器件所關(guān)注的特性不一樣，需要對(duì)相應(yīng)器件有所了解不同特性的獲取方式跟實(shí)際測(cè)試對(duì)照來(lái)理解從結(jié)構(gòu)或數(shù)據(jù)文件看仿真結(jié)果2020/10/2812了解一下ATLASATLAS仿真框架及模塊仿真輸入和輸出Mesh物理模型數(shù)值計(jì)算2020/10/2813本章介紹ATLAS器件仿真器中所用到的語(yǔ)句和參數(shù)。具體包括：1.語(yǔ)句的語(yǔ)法規(guī)則2.語(yǔ)句名稱3.語(yǔ)句所用到的參數(shù)列表，包括類(lèi)型，默認(rèn)值及參數(shù)的描述4.正確使用語(yǔ)句的實(shí)例

學(xué)習(xí)重點(diǎn)（1）語(yǔ)法規(guī)則（2）用ATLAS程序語(yǔ)言編寫(xiě)器件結(jié)構(gòu)二、半導(dǎo)體器件仿真軟件使用2020/10/28141.語(yǔ)法規(guī)則規(guī)則1：語(yǔ)句和參數(shù)是不區(qū)分大小寫(xiě)的。A=a可以在大寫(xiě)字母下或小寫(xiě)字母下編寫(xiě)。abc=Abc=aBc

規(guī)則2：一個(gè)語(yǔ)句一般有以下的定義格式：

<語(yǔ)句><參數(shù)>=<值>其中：<語(yǔ)句>表示語(yǔ)句名稱<參數(shù)>表示參數(shù)名稱<值>表示參數(shù)的取值。間隔符號(hào)是被用來(lái)分離語(yǔ)句中的多個(gè)參數(shù)。2020/10/2815解析：在一個(gè)語(yǔ)句后的參數(shù)可以是單詞或者數(shù)字。單詞可由字母和數(shù)字所組成的字符串。由空格（space）或回車(chē)(carriagereturn)來(lái)終止。例：region(OK)region(wrong)數(shù)字可以是數(shù)字也可以是字符串也是由空格（space）或回車(chē)(carriagereturn)來(lái)終止。例:3.16(OK)3.16(wrong)數(shù)字的取值范圍可以從1e-38到1e38

數(shù)字可以包含符號(hào)+或–或E（十進(jìn)制）例：-3.1415（OK）2020/10/2816規(guī)則3:參數(shù)有4種類(lèi)型任何沒(méi)有邏輯值的參數(shù)必須按PARA=VAL的形式定義這里PARA表示參數(shù)名稱，VAL表示參數(shù)值。包括：特性型，整數(shù)型，實(shí)數(shù)型參數(shù)（Character,Integer，Real）而邏輯型參數(shù)必須和其他參數(shù)加以區(qū)分。ParameterDescriptionValueRequiredExampleCharacterAnycharacterstringYesmaterial=siliconIntegerAnywholenumberYesregion=1LogicalAtrueorfalseconditionNogaussianRealAnyrealnumberYesx.min=0.12020/10/2817例如，在語(yǔ)句：DOPINGUNIFORMCONCENTRATION=1E16P.TYPE中解析：Doping是語(yǔ)句名稱Uniform和p.tpye是兩個(gè)邏輯型參數(shù)，在程序內(nèi)部對(duì)應(yīng)了邏輯值CONCENTRATION=1E16對(duì)應(yīng)的是一個(gè)實(shí)數(shù)型參數(shù)。每一個(gè)語(yǔ)句對(duì)應(yīng)多個(gè)參數(shù)，這些參數(shù)代表了這個(gè)語(yǔ)句的某種屬性，但都包含在4中參數(shù)之中。2020/10/2818溫馨提示：（1）命令縮減沒(méi)有必要輸入一個(gè)語(yǔ)句或參數(shù)名的全稱。ATLAS只需要用戶輸入足夠的字符來(lái)區(qū)分于其他命令或參數(shù)。例：命令語(yǔ)句DOP等同于doping，可以作為其命令簡(jiǎn)寫(xiě)。但建議不要過(guò)度簡(jiǎn)單，以免程序含糊不清，不利于將來(lái)調(diào)用時(shí)閱讀。（2）連續(xù)行有的語(yǔ)句超過(guò)256個(gè)字符，為了不出現(xiàn)錯(cuò)誤，ATLAS語(yǔ)序定義連續(xù)行。將反斜線符號(hào)\放在一條語(yǔ)句的末尾，那么程序每當(dāng)遇到\都會(huì)視下一行為上一行的延續(xù)。2020/10/28192.通過(guò)實(shí)例學(xué)語(yǔ)句實(shí)例簡(jiǎn)介：此實(shí)例演示了肖特基二極管正向特性。大致分為三個(gè)部分（1）用atlas句法來(lái)形成一個(gè)二極管結(jié)構(gòu)（2）為陽(yáng)極設(shè)置肖特基勢(shì)壘高度（3）對(duì)陽(yáng)極正向偏壓實(shí)例語(yǔ)句2020/10/2820#調(diào)用atlas器件仿真器goatlas#網(wǎng)格初始化meshspace.mult=1.0#x方向網(wǎng)格定義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=0.5#y方向網(wǎng)格定義y.meshloc=0.00spac=0.1y.meshloc=1.00spac=0.1y.meshloc=2.00spac=0.2y.meshloc=5.00spac=0.4#定義區(qū)域regionnum=1silicon2020/10/2821#定義電極electrname=anodex.min=5length=2electrname=cathodebot#....N-epidoping定義初始摻雜濃度dopingn.typeconc=5.e16uniform

#....Guardringdoping定義p環(huán)保護(hù)摻雜dopingp.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=5uniformsaveoutf=diode.strtonyplotdiode.str-setdiode.set2020/10/2822#物理模型定義modelconmobfldmobsrhaugerbgn#定義接觸電極類(lèi)型contactname=anodeworkf=4.97#偏壓初始化solveinit#數(shù)值計(jì)算方法methodnewtonlogout#設(shè)置偏壓求解solvevanode=0.05vstep=0.05vfinal=1name=anodetonyplotdiodeex01.log-setdiodeex01_log.setquit2020/10/28232020/10/2824解析：（1）第一部分語(yǔ)句用來(lái)描述器件，包括網(wǎng)格參數(shù)（mesh）,電極設(shè)置（electrodelocations）以及摻雜分布（dopingdistribution）這是一個(gè)具有重?fù)诫s的浮動(dòng)式環(huán)狀保護(hù)區(qū)域的二維n類(lèi)型器件，它分布在結(jié)構(gòu)的左右兩邊。肖特基陽(yáng)極在器件頂端，重?fù)诫s的陰極位于器件底端。（2）在器件描述之后，模型語(yǔ)句被用來(lái)定義下列模型：載流子濃度、遷移率、場(chǎng)遷移率、能隙變窄、SRH激發(fā)復(fù)合模型、Auger復(fù)合模型、雙載流子模型（carriers=2）。2020/10/2825關(guān)鍵語(yǔ)句是設(shè)置肖特基接觸contactname=<char>(char表示接觸的名稱，用英文字符來(lái)表示比如anodecathode)workf=<val>(val表示變量參數(shù)，用來(lái)設(shè)置功函數(shù)大小)這個(gè)語(yǔ)句是用來(lái)設(shè)置肖特基電極的功函數(shù)的。在這個(gè)例子里面，因?yàn)橐r底是親和能為4.17的n類(lèi)型硅，所指定的功函數(shù)為4.97，這樣提供了一個(gè)肖特基勢(shì)壘的高度為0.8V.默認(rèn)的勢(shì)壘高度是0.（一個(gè)完美的歐姆接觸）這個(gè)條件是為陰極假定的。（3）電學(xué)仿真簡(jiǎn)單地將陽(yáng)極電壓以間隔為0.05V升至1.0V.2020/10/2826語(yǔ)句和參數(shù)詳解#語(yǔ)句1仿真器調(diào)用命令語(yǔ)句go調(diào)用atlas器件仿真器需要用到go語(yǔ)句：goatlas解析：go用來(lái)退出和重新啟動(dòng)atlas仿真器注意：這個(gè)命令是通過(guò)deckbuild來(lái)執(zhí)行的主要包括三大部分內(nèi)容（1）器件編輯語(yǔ)句region、electrode、doping等（2）模型與環(huán)境設(shè)置語(yǔ)句modelsmethod等（3）電學(xué)特性仿真語(yǔ)句solve等2020/10/2827mesh語(yǔ)句#2mesh

語(yǔ)句功能：

mesh定義網(wǎng)格信息。類(lèi)似于athena仿真器中的Line.

語(yǔ)法規(guī)則：<n>.MESHLOCATION=<n>[SPACING=<n>]語(yǔ)句解析：此語(yǔ)句定義了網(wǎng)格線的位置和間隔。狀態(tài)有mesh，x.mesh，y.mesh，eliminate等

參數(shù)解析：參數(shù)#1mesh：MESHINF=<structure>導(dǎo)入由DevEdit創(chuàng)建的器件結(jié)構(gòu)

參數(shù)#2：x.mesh和y.mesh定義網(wǎng)格位置及其間隔(line)meshspace.mult=<VALUE>,對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行控制,默認(rèn)值為1。定義網(wǎng)格時(shí)必須先使用這句來(lái)初始化網(wǎng)格。例如：meshinx.meshloc=0.1spac=0.052020/10/2828mesh參數(shù)#3Eliminate

可以在ATLAS生成的mesh基礎(chǔ)上消除掉一些網(wǎng)格線，消除方式為隔一條刪一條可用參數(shù)有columns,rows,ix.low,ix.high,iy.low.ly.high,

x.min,x.max,y.min,y.max例如：Eliminatecolumnsx.min=0.2x.max=1.4y.min=0.2y.max=0.7Eliminate前Eliminate后2020/10/2829#例1設(shè)置初始網(wǎng)格均勻分布，為1.0微米meshspace.mult=1.0#例2設(shè)置x方向網(wǎng)格，從以0.5間隔的x=0.00的位置漸變過(guò)渡到以0.2為間隔的x=3.0的位置。這樣可以根據(jù)需要設(shè)置多個(gè)網(wǎng)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=0.5mesh2020/10/2830解析：以上建立了一個(gè)含有網(wǎng)格信息的12微米×5微米大小的區(qū)域。<n>.MESH定義沿著<n>方向的網(wǎng)格位置。注意：

x,y,z方向上定義是等價(jià)的。語(yǔ)法結(jié)構(gòu)如下：X.MESHLOCATION=<數(shù)值>SPACING=<數(shù)值>Location定義了網(wǎng)格線的位置，Spacing定義了網(wǎng)格間隔。#例3設(shè)置y方向網(wǎng)格信息y.meshloc=0.00spac=0.1y.meshloc=1.00spac=0.1y.meshloc=2.00spac=0.2y.meshloc=5.00spac=0.4mesh2020/10/2831#語(yǔ)句3區(qū)域定義語(yǔ)句

regionnum=1silicon解析:region語(yǔ)句定義了材料的位置每一個(gè)三角形都必須定義成一種材料。語(yǔ)法結(jié)構(gòu)如下：REGIONNUMBER=<n><material>[<position>]Number=<n>定義了一個(gè)區(qū)域的序號(hào)，它可以從1到200.具有同一個(gè)區(qū)域序號(hào)的多重區(qū)域線條可以用來(lái)定義一個(gè)具有多個(gè)矩形特征的區(qū)域。<material>是一種或多種材料的名字如siliconsio2polysilicon等。<position>是一個(gè)或多個(gè)位置參數(shù)。mesh2020/10/2832regionnum=1siliconx.min=1.0x.max=12y.min=0.5y.max=5對(duì)于一個(gè)區(qū)域，可以指定其材料屬性和位置坐標(biāo)mesh2020/10/2833regionnum=1siliconx.min=1.0x.max=12y.min=0.5y.max=5regionnum=2sio2x.min=0.0x.max=1y.min=0y.max=5定義多個(gè)區(qū)域，可使用多個(gè)region語(yǔ)句來(lái)完成。mesh2020/10/2834regionnum=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定義每個(gè)區(qū)域可以使用多條Region語(yǔ)句，只要保證區(qū)域標(biāo)號(hào)一致即可。mesh2020/10/2835MATERIALS#語(yǔ)句3materials

語(yǔ)句功能：語(yǔ)法規(guī)則：MATERIAL<區(qū)域參數(shù)><材料名稱><材料參數(shù)>materialmaterial=InGaAsalign=0.36eg300=0.75nc300=2.1e17\ nv300=7.7e18copt=9.6e-11materialmaterial=InPaffinity=4.4align=0.36eg300=1.35\ nc300=5.7e17nv300=1.1e19copt=1.2e-10materialregion=1taun0=5.0e-10taup0=1.0e-9vsatn=2.5e7\ mun0=4000mup0=200impactselbmaterial=InGaAsan2=5.15e7ap2=9.69e7bn2=1.95e6\ bp2=2.27e6impactselbmaterial=InPan2=1e7ap2=9.36e6bn2=3.45e6bp2=2.78e6Materialtaun0=1.e-9taup0=1.e-9f.conmun=hemtex01_interp.libmaterialalign=0.6例句：2020/10/2836可選的材料2020/10/2837材料參數(shù)材料參數(shù)和物理模型的選取有關(guān)，常用的參數(shù)及說(shuō)明如下：2020/10/2838材料參數(shù)2020/10/2839材料參數(shù)2020/10/2840材料參數(shù)2020/10/2841Silvaco學(xué)習(xí)#語(yǔ)句4電極定義語(yǔ)句，其基本格式是#ELECTRODE

NAME=<en>

[NUMBER=<n>]

<pos>

電極語(yǔ)句電極名稱電極編號(hào)電極位置electrname=anodex.min=5length=2electrname=cathodebot(系統(tǒng)默認(rèn)是電極位置為topx.min=0x.max=x.max)2020/10/2842electrname=anodex.min=5length=2y.min=0y.max=0.5electrname=cathodebot2020/10/2843electrname=anodex.min=5length=2y.min=0y.max=0.5electrname=cathodey.min=4.5y.max=52020/10/2844#語(yǔ)句5摻雜定義語(yǔ)句doping<distributiontype><dopanttype><concentration><position>摻雜語(yǔ)句摻雜形態(tài)定義摻雜類(lèi)型定義摻雜濃度定義摻雜位置分布：uniform,gaussian,erfc，具體設(shè)置還可分為三組 1，Concentrationandjunction 2，Doseandcharacteristic 3，Concentrationandcharacteristic雜質(zhì)類(lèi)型：n.type,p.type位置：region,x.min,x.max,y.min,y.max,peak,junction…例：#ptypedopingdopingp.typeconc=1e19x.min=0x.max=3junc=1rat=0.6gauss注：Doping語(yǔ)句是用來(lái)定義器件結(jié)構(gòu)中的摻雜分布。對(duì)于一組doping語(yǔ)句，每一個(gè)語(yǔ)句都是在之前語(yǔ)句的基礎(chǔ)上給出的，有疊加的效果。摻雜定義2020/10/2845Doping語(yǔ)句參數(shù)詳解：1.解析分布類(lèi)型參數(shù)介紹這些參數(shù)語(yǔ)句定義了Atlas將如何從解析函數(shù)中生成一個(gè)摻雜分布.（1）Gaussian類(lèi)型解析分布

Gaussian定義了高斯解析函數(shù)的使用來(lái)生成一個(gè)摻雜分布。如果Gaussian被定義了，那么下面的參數(shù)必須被定義。(i)極性參數(shù)N.typeP.type(ii)下列分布定義之一：concentration和junction濃度和結(jié)深concenration和charactreistic濃度和特性dose和characteristic劑量和特性長(zhǎng)度（2）Uniform定義了使用常數(shù)作為解析函數(shù)來(lái)生成摻雜分布。摻雜會(huì)通過(guò)邊界參數(shù)被定義在一個(gè)box中。這個(gè)box的默認(rèn)值是整個(gè)區(qū)域。同樣如果Uniform被定義了，那么N.typeP.type以及濃度參數(shù)都必須定義。2020/10/2846Antimony銻Arsenic砷Boron硼Indium銦Phosphorus磷E.LEVEL設(shè)置了分立陷阱能級(jí)的能量。對(duì)于acceptors，是對(duì)應(yīng)于導(dǎo)帶邊緣的。對(duì)于donors，是對(duì)應(yīng)于價(jià)帶邊緣的。N.TypeDonor定義了一個(gè)n類(lèi)型或donor類(lèi)型的摻雜物。此參數(shù)可以與gaussian或uniform分布類(lèi)型聯(lián)合使用。P.TypeAcceptor定義一個(gè)p類(lèi)型或acctoper類(lèi)型的摻雜物。此參數(shù)可以與gaussian或uniform分布類(lèi)型聯(lián)合使用。Trap定義了摻雜濃度被處理為陷阱態(tài)密度。OX.Charge定義了一個(gè)固定的氧化物電荷分布。氧化物電荷只能在任何絕緣物區(qū)域使用。2.摻雜物類(lèi)型參數(shù)介紹2020/10/28473.垂直分布參數(shù)Concentration

濃度定義了峰值濃度當(dāng)高斯分布被使用時(shí)。如果此參數(shù)未被定義，峰值濃度會(huì)從極性參數(shù)，邊界條件，計(jì)量，或電阻率，特征濃度中計(jì)算出來(lái)。當(dāng)uniform分布被定義，concentration參數(shù)被定義為均勻摻雜濃度的值，濃度必須是正的。Dose

劑量只適用于高斯分布，定義了高斯分布的總劑量。Junction

結(jié)深定義了高斯分布的硅區(qū)域內(nèi)部p-n結(jié)的位置。當(dāng)junction被定義了，characteristiclength會(huì)通過(guò)在常數(shù)矩形區(qū)域的終點(diǎn)之間的一個(gè)迭代中點(diǎn)檢測(cè)摻雜濃度而計(jì)算出來(lái)。

Junction的位置只是通過(guò)考慮所有前面摻雜語(yǔ)句信息來(lái)估算的，這意味著某些情況下，doping語(yǔ)句的順序是很重要的。2020/10/2848dopingn.typeconc=5.e16uniformdopingp.typeconc=1e19y.min=0y.max=0char=30gaussdopingn.typeconc=1e19y.min=300y.max=300char=30gaussCHARACTERISTIC

定義了注入物的基本特征長(zhǎng)度。如果此參數(shù)未被定義，基本特征長(zhǎng)度可以從極性參數(shù)、邊界條件參數(shù)、濃度和結(jié)參數(shù)中獲得。2020/10/2849Doping例句dopinguniformconc=1e16n.typeregion=1dopingregion=1gaussianconc=1e18peak=0.1characteristic=0.05\p.typex.left=0.0x.right=1.0dopingregion=1gaussconc=1e18peak=0.2junct=0.15dopingx.min=0.0x.max=1.0y.min=0.0y.max=1.0n.typeascii\in均勻摻雜高斯分布從文件導(dǎo)入雜質(zhì)分布2020/10/2850goatlasmeshspace.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=30gaussDoping例句2020/10/2851Doping例句saveoutf=diodeex01_3.strsolveinitmethodnewtonlogoutsolvevanode=0.0vstep=0.5vfinal=100name=anodequit2020/10/2852Doping例句2020/10/2853dopingn.typeconc=5.e16uniformdopingp.typeconc=1e19peak=20char=30gaussdopingn.typeconc=1e19peak=280char=30gaussPeak

定義了高斯分布中峰值濃度的深度位置。Doping例句2020/10/28544.水平方向擴(kuò)展參數(shù)類(lèi)型X.MinX.MaxY.MinY.maxZ.MinZ.Max用以定義矩形邊界。X.LeftX.min用以定義左側(cè)邊界X.RightX.Max用以定義右側(cè)邊界Y.Top.Y.Min用以定義上方邊界Y.BottomY.Max用以定義下方邊界Z.BackZ.Min用以定義后方邊界Z.FrontZ.Max用以定義前方邊界Doping例句2020/10/28555.水平方向分布參數(shù)類(lèi)型Lat.Char

定義水平（x方向）特征長(zhǎng)度，如果不定義此長(zhǎng)度則通過(guò)下列公式計(jì)算Lat.Char=Ratio.Lateral*Char其中Char是y方向上的特征長(zhǎng)度，Ratio.Lateral是x方向與y方向的特征長(zhǎng)度比例系數(shù)）dopingn.typeconc=5.e16uniformdopingp.typeconc=1e19x.min=0x.max=3char=20lat.char=0.1gauss改變lat.char分別為0.1、1、5、12對(duì)水平方向摻雜分布的影響如圖所示Doping例句2020/10/2856Doping例句2020/10/28576.Trap（陷阱）參數(shù)REGION指定對(duì)哪個(gè)區(qū)域進(jìn)行陷阱參數(shù)設(shè)置，系統(tǒng)默認(rèn)對(duì)所有區(qū)域進(jìn)行設(shè)置。E.LEVEL設(shè)置分立陷阱能級(jí)，對(duì)于acceptors,E.LEVEL在導(dǎo)帶附近對(duì)于donors，E.LEVEL在共價(jià)帶附近。DEGEN.FAC定義了陷阱能級(jí)的退化因子，用來(lái)計(jì)算密度。SIGN、SIGP定義了對(duì)于電子或空穴的陷阱捕獲橫截部分（capturecrosssection）TAUNTAUP定義了陷阱能級(jí)中的電子壽命和空穴壽命。Doping例句2020/10/2858#語(yǔ)句6save輸出結(jié)構(gòu)結(jié)果保存語(yǔ)句，其基本格式為SAVEOUTFILE=<>saveoutf=diodeex01_0.str#語(yǔ)句7

tonyplot輸出文件繪制語(yǔ)句tonyplot*.str-set*.set2020/10/2859界面特性interfacey.max=0.1qf=?1e11interfacex.min=?4x.max=4y.min=?0.25y.max=0.1qf=1e11\ s.n=1e4s.p=1e4語(yǔ)句#7界面特性定義語(yǔ)句

Interface定義界面電荷密度（cm-2）和表面復(fù)合速率，s.n和s.p分別為電子和空穴的表面復(fù)合速率。注（1）界面默認(rèn)類(lèi)型為半導(dǎo)體-絕緣體界面，或半導(dǎo)體-半導(dǎo)體之間的區(qū)域、半導(dǎo)體的邊界區(qū)域（2）S.S，S.M，S.C，為界面模型應(yīng)用在半導(dǎo)體-半導(dǎo)體界面，半導(dǎo)體-金屬界面，半導(dǎo)體-導(dǎo)體界面2020/10/2860界面定義interface*界面態(tài)的定義（必須interface與inttrap一起使用）

interfaces.scharge=-5e14thermionictunnelx.min=9x.max=14y.min=2.5\y.min=2.502inttraps.se.level=1.61acceptordensity=5e14degen=1sign=7e-16\sigp=6e-16

上例中interface語(yǔ)句定義了在指定的半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)界面存在5e14的界面電荷，其電子輸運(yùn)機(jī)制為thermionic&tunnel兩個(gè)模型。

inttrap語(yǔ)句定義了在指定的半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)界面的界面電荷起受主作用在禁帶中引入的能級(jí)位置在導(dǎo)帶下1.61eV處，且該受主能級(jí)的簡(jiǎn)并度為1，對(duì)電子和空穴的俘獲截面各為7e-16和6e-16。acceptor—-5e14—e.level以導(dǎo)帶為參考donor—+5e14—e.level以價(jià)帶為參考*界面固定電荷的定義

INTERFACEQF=3e10X.MIN=1.0X.MAX=2Y.MIN=0.0Y.MAX=0.5體內(nèi)陷阱的定義traptrapmaterial=Silicone.level=0.9donordensity=1e13degen=1sign=5e-13\sigp=5e-132020/10/2861物理模型物理模型分為五大類(lèi)：1.遷移率模型2.復(fù)合模型3.載流子統(tǒng)計(jì)模型4.碰撞離化模型5.隧道模型物理模型由狀態(tài)models和impact指定推薦的模型 MOSFETs類(lèi)型：srh，cvt，bgn BJT，thyristors等：Klasrh，klaaug，kla，bgn

擊穿仿真：Impact，selbModelsconmobfldmobsrhaugertemp=300

print例句：ImpactselbModelbgnfldmobsrh#語(yǔ)句8模型選擇語(yǔ)句2020/10/2862Contact#語(yǔ)句9接觸特性定義contact

默認(rèn)情況下：金屬半導(dǎo)體接觸為歐姆接觸，所以對(duì)需要?dú)W姆接觸特性的電極無(wú)需定義接觸特性。

只要定義了功函數(shù)則認(rèn)為是肖特基接觸（兩者功函數(shù)相等時(shí)變成歐姆接觸）

eg：CONTACTNAME=gateWORKFUNCTION=4.8

用戶可以用材料名來(lái)代替功函數(shù)的定義（ALUMINUM,N.POLYSILICON,P.POLYSILICON,TUNGSTEN,和TU.DISILICIDE）：

eg：CONTACTNAME=gateN.POLYSILICONALUMINUM和重?fù)絊i的接觸為歐姆接觸，此時(shí)若定義功函數(shù)則是錯(cuò)誤的：

eg：CONTACTNAME=gateALUMINUM/*wrong*/

定義肖特基接觸的勢(shì)壘和偶極子降低的勢(shì)壘高度：

eg：CONTACTNAME=anodeWORKFUNCTION=4.9BARRIERALPHA=1.0e-7

勢(shì)壘降低系數(shù)設(shè)為1nm設(shè)置電流邊界條件contacteg：contactname=cathodecurrent\主要用在擊穿特性的模擬中2020/10/2863外部電阻，電感和電容的定義contacteg：CONTACTNAME=drainRESISTANCE=50.0\CAPACITANCE=20e-12INDUCTANCE=1e-6

在漏極并聯(lián)一個(gè)50?的電阻，20pF的電容和1H的電感

注意：在二維模擬器中，由于z方向的默認(rèn)值為1m，所以默認(rèn)的電阻單位為??m，電容單位為F/m，電感的單位為：H?m。

eg：

CONTACTNAME=sourceCON.RESISTANCE=0.01

定義了電極接觸的分布電阻，0.01??cm2。CON.RESISTANCE不能和RESISTANCE同時(shí)使用。浮動(dòng)接觸定義contact應(yīng)用于兩種情況：1、EEPROM和其他編程器件；2、功率器件中的浮動(dòng)場(chǎng)板

eg：CONTACTNAME=fgateFLOATING

將名為fgate的電極定義為浮動(dòng)電極，并且將在該電極上默認(rèn)使用電荷邊界條件。

2020/10/2864eg：CONTACTNAME=drainCURRENT對(duì)于直接金半接觸的浮動(dòng)電極，不能用參數(shù)”FLOATING“，這種情形需要將該電極定義為電流邊界條件，并在之后的solve語(yǔ)句中將其電流設(shè)為0。

eg：CONTACTNAME=drainRESIST=1e20在電極上設(shè)置一個(gè)很大的電阻，這樣一來(lái)流過(guò)該電極的電流會(huì)非常小，也就相當(dāng)于浮動(dòng)電極。2020/10/2865電極短路contact

除了定義同樣的電極名外contactname=base1common=base是電極短接的另一種辦法。

eg：CONTACTname=base1COMMON=baseFACTOR=0.5

上例中Vbase1=Vbase+0.5eg：CONTACTname=base1COMMON=basemultFACTOR=0.5

上例中Vbase1=Vbase0.5

注意：以上兩例對(duì)電流邊界條件不適用

如果從ANTHENA或DEVEDIT導(dǎo)入的結(jié)構(gòu)中已有電極名稱的定義，ATLAS將會(huì)自動(dòng)對(duì)其進(jìn)行短接，并沿用已有的電極名。電極開(kāi)路contact1、刪除要開(kāi)路的電極2、在需要開(kāi)路的電極上并接一個(gè)極大的外電阻3、先將需要開(kāi)路的電極有設(shè)成電流邊界條件，然后再將流過(guò)該電極的電流值設(shè)得很小或?yàn)?。2020/10/2866#語(yǔ)句10命令執(zhí)行語(yǔ)句solve語(yǔ)句介紹：solve是命令atlas在一個(gè)或多個(gè)偏壓點(diǎn)（biaspoint）進(jìn)行求解的語(yǔ)句solveinit解析：init是初始化（initial）參數(shù)，表示將所有電壓歸零。對(duì)于指定結(jié)構(gòu)，如果在初始偏置點(diǎn)沒(méi)有標(biāo)明這個(gè)參數(shù)，系統(tǒng)將自動(dòng)賦予這個(gè)參數(shù)。2020/10/2867求解方法#語(yǔ)句11數(shù)值方法選擇語(yǔ)句method解析：ATLAS仿真半導(dǎo)體器件是基于對(duì)1~6個(gè)相互關(guān)聯(lián)的非線性偏微分方程的求解。ATLAS在每個(gè)格點(diǎn)對(duì)這組方程進(jìn)行數(shù)值計(jì)算得到器件的特性。1、gummelGummel迭代法收斂慢，但能容忍粗糙的初始假設(shè)值；Gummel迭代法不能用于含有集總元件或電流邊界條件情形的求解；默認(rèn)的Gummel迭代式阻尼的，可將參數(shù)dvlimit設(shè)置成負(fù)值或零讓迭代成為非阻尼的；Gummel迭代時(shí)的線性Poisson求解的數(shù)目限制為1，這會(huì)導(dǎo)致電勢(shì)更新時(shí)的弛豫不足。“single-Poisson”求解模式可擴(kuò)展Gummel迭代方法的應(yīng)用范圍,這在小電流Bipolar仿真和MOS飽和區(qū)的仿真上很有用。使用方法：methodsinglepoisson2020/10/2868求解方法2、newtonNewton迭代法每一次的迭代將非線性的問(wèn)題線性化處理，離散化的“尺寸”較大，則所需的時(shí)間也會(huì)變長(zhǎng)。如果初始假設(shè)很成功的話，就能很快得到收斂，且結(jié)果比較滿意。

Newton迭代法是ATLAS計(jì)算漂移-擴(kuò)散的默認(rèn)方法。此外還有其他的計(jì)算需要采用Newton迭代法，如：DC掃描，瞬態(tài)掃描，curvetracing，頻域的小信號(hào)分析。

Newton-Richardson迭代法是Newton迭代法的變體，當(dāng)收斂放慢時(shí)它會(huì)計(jì)算新的系數(shù)矩陣。Method的參數(shù)設(shè)置為autonr時(shí)會(huì)自動(dòng)采用Newton-Richardson迭代法。

如果經(jīng)過(guò)很多步才能收斂，問(wèn)題可能來(lái)自于：網(wǎng)格定義（高寬比或?qū)捀弑群艽蟮娜切翁啵谋M區(qū)擴(kuò)展到已定義為歐姆接觸的地方，初始假設(shè)值很差。2020/10/2869求解方法3、block

在含有晶格加熱或能量平衡方程時(shí)block迭代法很有用。Block迭代法計(jì)算一些由不同方程按不通順序組成的子方程組。在不等溫的漂移-擴(kuò)散仿真時(shí)指定block迭代法，則Newton迭代法將更新電勢(shì)和摻雜濃度，去耦之后計(jì)算熱流方程。都包含熱流方程和載流子溫度方程時(shí)，block迭代法將首先計(jì)算最初的溫度，然后將晶格溫度去耦之后進(jìn)行迭代。4、組合迭代有時(shí)需要將newton迭代、gummel迭代和block迭代組合使用。可以先用gummel迭代法，一定計(jì)算步數(shù)還不收斂時(shí)再轉(zhuǎn)為采用newton迭代或block迭代計(jì)算。Gummel迭代的次數(shù)由參數(shù)gum.init設(shè)定。在包含晶格加熱或能量平衡計(jì)算時(shí)，可以先采用block迭代法，然后用newton迭代法，block迭代的次數(shù)上限用nblockit設(shè)置。2020/10/2870求解方法5、例句基本漂移擴(kuò)散計(jì)算：Methodgummelnewton晶格加熱時(shí)的漂移擴(kuò)散計(jì)算：Methodblocknewton能量平衡計(jì)算：Methodblocknewton

計(jì)算的載流子數(shù)，默認(rèn)是2，也可以是1或0。載流子類(lèi)型elec和hole分別表示電子和空穴，載流子類(lèi)型設(shè)置為1時(shí)，可以設(shè)為elec或hole。載流子類(lèi)型設(shè)置為0時(shí)，將主要得到電勢(shì)分布的仿真結(jié)果。Methodcarriers=2Methodcarriers=1elec或Methodcarriers=1holeMethodcarriers=02020/10/2871求解Solve、log和tonyplot初始化偏置：solveinit設(shè)置偏壓：solvevanode=10使用前面的最終結(jié)果：solveprevious電壓掃描：solvevanode=0vfinal=10vstep=0.1name=anode電流掃描：solveianode=0ifinal=10istep=0.1name=anode還有瞬態(tài)，交流小信號(hào)等特性的掃描。Curvetrace掃描，用于多值特性的掃描，二次擊穿，pnpn栓鎖特性等。curvetrace=anodebeg.val=0step.init=1\nextst.ratio=1.39mincur=1e-12end.val=1e-2curr.contlogoutsolvecurvetracetonyplotltt.log結(jié)構(gòu)文件的保存：outputband.paramband.tempcon.bandval.bandsolveinitoutf=ltt.strmaster/保存atlas標(biāo)準(zhǔn)文件格式tonyplotltt.str2020/10/2872#solvevanode=0.05vstep=0.05vfinal=1name=anodetonyplotdiodeex01.log-setdiodeex01_log.setquit求解2020/10/2873#語(yǔ)句13運(yùn)行數(shù)據(jù)結(jié)果保存語(yǔ)句語(yǔ)句介紹：輸出結(jié)構(gòu)結(jié)果保存語(yǔ)句log是用來(lái)將程序運(yùn)行后所計(jì)算的所有結(jié)果數(shù)據(jù)保存到一個(gè)以log為擴(kuò)展名結(jié)尾的文件中的一個(gè)語(yǔ)句。從solve語(yǔ)句中運(yùn)算后所得到的結(jié)果都會(huì)保存在其中。logoutLoad從文件中導(dǎo)入先前的結(jié)果作為后續(xù)的或其它點(diǎn)的初始假設(shè)值。Save將所有結(jié)點(diǎn)的信息保存到輸出文件。load

in1in2file=solveoutmaster結(jié)果保存2020/10/2874語(yǔ)句匯總：Contact設(shè)置接觸類(lèi)型Doping設(shè)置摻雜類(lèi)型Electrode設(shè)置電極Go仿真器調(diào)用Log定義輸出數(shù)據(jù)文件語(yǔ)句Material定義材料類(lèi)型Mesh定義初始化網(wǎng)格信息Method設(shè)置數(shù)值方法Mobility設(shè)置遷移率模型Models選取仿真模型Quit程序退出語(yǔ)句Region定義區(qū)域語(yǔ)句Save結(jié)構(gòu)文件保存語(yǔ)句S