Silvaco工艺及器件仿真.pdf
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1、 4 工艺及器件仿真工具 SILVACO-TCAD 本章将向读者介绍如何使用 SILVACO 公司的 TCAD 工具 ATHENA 来进行工艺仿真以及 ATLAS 来进行器件仿真。假定读者已经熟悉了硅器件及电路的制造工艺以及 MOSFET和 BJT 的基本概念。4.1 使用 ATHENA 的 NMOS 工艺仿真 4.1.1 概述 本节介绍用 ATHENA 创建一个典型的 MOSFET 输入文件所需的基本操作。包括:a.创建一个好的仿真网格 b.演示淀积操作 c.演示几何刻蚀操作 d.氧化、扩散、退火以及离子注入 e.结构操作 f.保存和加载结构信息 4.1.2 创建一个初始结构 1 定义初始直
2、角网格 a.输入 UNIX 命令:deckbuild-an&,以便在 deckbuild 交互模式下调用 ATHENA。在短暂的延迟后,deckbuild 主窗口将会出现。如图 4.1 所示,点击 File 目录下的 Empty Document,清空 DECKBUILD 文本窗口;图 4.1 清空文本窗口 b.在如图 4.2 所示的文本窗口中键入语句 go Athena;图 4.2 以“go athena”开始 接下来要明确网格。网格中的结点数对仿真的精确度和所需时间有着直接的影响。仿真结构中存在离子注入或者形成 PN 结的区域应该划分更加细致的网格。c.为了定义网格,选择 Mesh Def
3、ine 菜单项,如图 4.3 所示。下面将以在 0.6m0.8m的方形区域内创建非均匀网格为例介绍网格定义的方法。图 4.3 调用 ATHENA 网格定义菜单 2 在 0.6m0.8m 的方形区域内创建非均匀网格 a.在网格定义菜单中,Direction(方向)栏缺省为 X;点击 Location(位置)栏并输入值 0;点击 Spacing(间隔)栏并输入值 0.1;b.在 Comment(注释)栏,键入“Non-Uniform Grid(0.6um x 0.8um)”,如图 4.4 所示;c.点击 insert 键,参数将会出现在滚动条菜单中;图 4.4 定义网格参数图 4.5 点击 Ins
4、ert 键后 d.继续插入 X 方向的网格线,将第二和第三条 X 方向的网格线分别设为 0.2 和 0.6,间距均为 0.01。这样在 X 方向的右侧区域内就定义了一个非常精密的网格,用作为 NMOS 晶体管的有源区;e.接下来,我们继续在 Y 轴上建立网格。在 Direction 栏中选择 Y;点击 Location 栏并输入值 0。然后,点击 Spacing 栏并输入值 0.008;f.在网格定义窗口中点击 insert 键,将第二、第三和第四条 Y 网格线设为 0.2、0.5 和0.8,间距分别为 0.01,0.05 和 0.15,如图 4.6 所示。图 4.6 Y 方向上的网格定义 g
5、.为了预览所定义的网格,在网格定义菜单中选择 View 键,则会显示 View Grid 窗口。h.最后,点击菜单上的 WRITE 键从而在文本窗口中写入网格定义的信息。如图 4.7。图 4.7 对产生非均匀网格的行说明 4.1.3 定义初始衬底参数 由网格定义菜单确定的 LINE 语句只是为 ATHENA 仿真结构建立了一个直角网格系的基础。接下来需要对衬底区进行初始化。对仿真结构进行初始化的步骤如下:a.在 ATHENA Commands 菜单中选择 Mesh Initialize选项。ATHENA 网格初始化菜单将会弹出。在缺省状态下,晶向的硅被选作材料;b.点击 Boron 杂质板上的
6、 Boron 键,这样硼就成为了背景杂质;c.对于 Concentration 栏,通过滚动条或直接输入选择理想浓度值为 1.0,而在 Exp 栏中选择指数的值为 14。这就确定了背景浓度为 1.01014原子数/cm3;(也可以通过以 Ohmcm为单位的电阻系数来确定背景浓度。)d.对于 Dimensionality 一栏,选择 2D。即表示在二维情况下进行仿真;e.对于 Comment 栏,输入“Initial Silicon Structure with Orientation”,如图 4.8;f.点击 WRITE 键以写入网格初始化的有关信息。图 4.8 通过网格初始化菜单定义初始的衬
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