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1、TCAD范例速成指南第1章：简介该指南手册针对首次应用SILVACO TCAD软件的新用户。它旨在帮助新用户在 几分钟时间内快速并成功安装和运行该软件。该指南也演示如何快速有效查看手册，查找仿真器中使用的所有参数的解释和 定义。它也参照相应章节，来理解等式以及其使用的根本规则。关于进一步的阅读和参考，用户可参照SILVACO网站的技术支持部分，那里有 丰富的技术材料和发表文献。第2章：快速入门2.1: DeckBuild运行时间环境窗口DeckBuild是富含多样特征的运行时间环境，它是快速熟悉SILVACO的TCAD 软件的关键。Deckbuild主要特征包括：自动创建输入文件、编辑现有输入
2、 文件，创建DOE，强大的参数提取程序和使得输入文件中的参数变量化。更重要的是，DeckBuild包含好几百个范例，涵盖多种电学、光学、磁力工艺类 型，便于首次使用该工具的用户。使用入门用户可打开一个控制窗口，创建一个目录，用于保存该指南范例将创建的临时 文件。例如，要创建或重新部署一个名为tutorial,”的目录，在控制窗口键 入：mkdir tutorial cd tutorial然后键入下列命令开启deckbuild运行环境：deckbuild屏幕上将出现类似于图2.1的DeckBuild运行时间环境。GUI界面包括两部分：上部窗口显示当前输入文件，而下部显示运行输入文件 时创建的输出
3、。图2.1 DeckBuild运行时间界面GUI2.2:载入和运行范例输入文件可以由用户创建或者从范例库中加载。为了熟悉软件语法，最好载 入第一个实例中范例。要从deckbuild运行时间环境的GUI载入范例，可点击:Main Control. Examples（范例）.屏幕将弹出一个窗口显示一列47个类别的范例。图2.2显示首15个类型范例。 要查看剩余的类别，则使用窗口右侧的滑动条滚动选择。Deckbuild: ExamplesInde . t ) Section i喜壬汐“捉:必土”*款怂庭Index1 MOS,MOS Application Examples2 MQSZ : Advan
4、ced MOS Application Exampies3 KJT: BpotarApplicatBon EKamptes4 DIODE : Onde Applicatn Examples5SOI： Application Examples6 EPROM: Applcation Examples7 LATGHUP:CM06 Late hip Application Examples8 ESD : ESD Application Examples9 POWER ； Power OcYice Applicton Examples10 EOLATION : SOLATION Applieatiott
5、 Examples11 ME5FET: Application Examples1Z HET-HSTAppIcation Examples13HENTT: KEN7FApplication Examples14 TFT ； TFT Application Esarrtpkes15 QUANTUM : Devito Smnuiatton with Qua ntwn Mechanics图2.2首15个类别的DeckBuild范例只需双击该类别，即可查看每个类别的范例。如果双击首个类别MOS1: MOS Application Examples，”则得到如图2.3显示的列表。该类别有15个范例。De
6、ckbuild: ExamplesIndeSectionSub-sectionv *1 MOS1: MOG ApplEcation Examples1.1 mos1exG1.in:NMOS i.kliVgG aivlTTineshDld Voltage Exlraction12 mos1ex02.!n： NMOS : Fcimiiy of ki/Vds CurvesmoslexQS.in； NMQS : Sits-ThreshsldS tope Extraction14 mesiexG4.in : NHB0S : DltiL Extraction 1 mtslexOJn: NMOS : Bod
7、y Effect Extractian 1 moiex06.in： NMOS : SitKirate a nd Gate Current Extraction 17 moslexOT.in： NMO5 : realodawn Voltage ExtractionmoslexO.in : FEUIOS ； IdfYgs and Threshold Vhtteg律 Extraction19 mDFiexO.in ;,PMOS : Family of HVds Curves 1.16 mos；1exi0.in: PMOG : SLti-Thres；hDtdSlope Extractnn 1.11 m
8、aslexH.in： PMOG : 口IBL Extraction 1.1 mos：1ex12.in； PM06 : Kody Effect Extraction1.13 mos1ex13.in * PMOS : SLtetnate and Gate C urre nt Extraction1.14 mos1ex14.inE PMOS ； reakoemvn Voltage Extraction1.15 mos1ex15.in: NMOS : Gate LepgthSeating图2.3 MOS应用范例列表双击任何期望的范例，即可查看其解释。双击首个范例NMOS : Id/Vgs and Th
9、reshold Voltage Extraction，可查看该范例的解释。结果如图2.4显示。滚动拉下窗口可浏览全部解释。Deckbutld: Examples时峥 t )-5己ction) QubT日(ztionJ 、 LuM 日购mplr )I1 M0S1: MOG ApplBcation Examples1.1 moslext 1 .in: NMOS : kLVgs： andTTineshobd Voltags ExtractionRequires: SSIJPHEM4/SPISGESBasic MOS ATHENA to ATLAS interface eanrple simulati
10、ng an IdAgs curxe and eittracting threaholcl voltage and other SPICE parameters： No advsnced feaitunes are used in 出 i专 ixmple so as io de mo nstrite simple functionality. 1 his examnle deriTonstrates1, p no cess eimu lation of a hJlOS tTHneistor in ATHENA, pno cess, parameter elraction (eg. oide th
11、ieknesses), autointerfece between AIHENA and ATLAS simple IdAgs curve generation with Vd&=0.1 V parameter extraction fort, linear gain (beta) and mobility rolloff (theta)v he p no csss simklaiion in SSUP REM4 follows- sta ndard LDD MOS pruces The process feteps are simplified and deiault models a ns
12、 used to give a feist runtime. : he polsihcon gate is farmed by.a simple geometrical etch. Before this point the simulation i公 essentially one dimensional and hence is run in ATHENAs 1D mode. After the pol etch, the structure concerts to 2D. The grid used in this example is defined quite tightl/ How
13、eer the statement init spncmull rslaDces the mesh in X and Y dine ct io ns by. a 1a ctor of th nee. A more topical mesh for MOS simulation can b已 cititain已d by getting spacjnult=1 .Using DeckBuild a uio-interface the process simulation-structure will be passed jnio ALAS automatically. This auto-inie
14、rface thenefore allows global optimization from proces simulation to device sjmulation to spice model图2.4范例描述窗口为了在。eckBuild运行环境中载入特定范例，点击”DeckBuild: Examples窗 口右上部的Load Example按钮。DeckBuild主窗口如图2.5显示。RDeckbuild V3.38.2.R fnosl exOl .In, dir; /homo/clerelck/manu.rnJlfUj Mw lJ Edit r) Find vj Main Cont
15、rol r) Commands. T傩go athen11 neii neTi ne11 neloc-0.0 IockO.2 1oc=0.4 lo-0.65pac=0.1snacft.COfispac=&.006spac-o.oi11 ne 1 i ne tine li ne1(X=D.O 10C*0.2 lot-0.5 lOC-0.3spac=0.002 spac=C.C05 spac=0.C5spaC=C.15orientatiari-iQG c-phas-lel space-mul-2N P-well Form$.tn Hrtludingoff gF the 1diffus ti me=
16、30 ternp=1000 dryo2 pre55=1.00 hcl=3etdi qxide tHck=C.GZ# P-well Iwplantfmplant boron d05e=Be12 energy=100 pearsdT ffbisteap=S50 time100 weto2 hcl=3甘 Mell di ffus diffus cUffusdrive in starts hereti se-SQ t*Ri1QdQ 11 rate*4 t(JQO dy02 M耳钮7*1d h-cln3time=220 temp-1200 nitro press=1ti 1st-90 temp-1200
17、 t,sitw-L444 ni tr& pr$s1n 喳_j lineink焚如 ，J Qnt j runpas fepaufe J ler ) rs?Ort ) killLine: 1；Stop:料中门早QPTOUTUATHENA raulticoreEnsblecfEnabledlt 1s now Non Feb 2 照；5玷17 2009EwsTFA THE NA sorted*THNA图2.5 DeckBuild已载入输入文件按下run按钮即可运行范例。运行完成后，屏幕出现两个图。第一个为显 示仿真过程中网路掺杂的彩色轮廓图，第二个则是简单的阈值电压Vg相对Id 图。它们分别为如图2.
18、6和图2.7所示。一旦选中Load Example按钮，结 构文件和线图既加载在当前工作目录中，因此不必运行仿真即可浏览结果。I ony plotHe Ldlt fot 1004s Pi-f：-i- . ., Hdp 险1团薄白cron篝看匾TATHEMADMa fro tn mos1xj0l Otrulu_ 芝kls Silicon SiO?Poly siliconElactrcdasg oole(k4q,gaeMierang3-6#9 87 111=BMot DopiingTOfiyplQI 3.1 .A & SilvaCQ 2Q0?图2.6显示网路掺杂的工艺仿真结构图2.7显示Vg相对I
19、d的器件仿真线图2.3:查看结果SILVACO的浏览工具TonyPlot是一个功能丰富的绘图工具。该指南中仅介绍 它的某些基本性能。当SILVACO的TCAD软件包中保存一个结构文件或一个线 图时，创建结构文件或线图的所有参量将自动包含仅该文件，供绘图之用。例如在结构文件绘图中，如果想要绘制其他变量如Donor Concentration,则 如下点击：Plot. Display. Define. Contours.然后向下滚动选择Quantity:方框，得到一组可绘制变量。如果按照该顺序 执行，将出现两个另外的GUI显示，如图所示2.8。选择新的参量并点击 Apply”。图2.8选中可绘制变
20、量的相关GUI运行时常需要查看一个图表的cutline 片断。这时，关闭其它相关绘图相关 视窗，点击OK,然后返回主要视图和选择下列命令：Tools. Cutline.现在将使用默认vertical cutline方框，但在cutline GUI中也可以选择水 平或交叉的cutline方框。返回主图，在cutline起点处点击并按住鼠标左 键。竖向直拖动鼠标，到cutline终点处松开鼠标。松开左键后，cutline图 表将自动显示当前现实的参量的cutline。完成操作后点击cutline方框上的 OK键。要在新cutline图上覆盖显示其他变量，则左击线图，使之变为当前视图（图 表的白色边
21、框表示它为激活现行图表）。然后点击：Plot. Display.来选择要覆盖在线图上的其它参量。例如，如果在线图上添加Arsenic, Boron 和Phosphorus,它应该显示在图2.9上。Vg相对Id曲线也有相似命令，使 它可以在线图上覆盖显示其它电学参量。图29 Cutline图总的来说，在终端或控制窗口键入tonyplot ”，可绘制一个文件；或者在 DeckBuild中，通过高亮文件名并按下列顺序操作命令，直接绘制结构。Tools. Plot. Plot Structure要自动绘制一个仿真中创建的结构文件，只需简单添加语句：structure outfile=tonyplot至
22、输入文件，仿真器将保存创建的器件文件直至输入文件中该点。仿真器在达 到该点之后，即自动绘制结构。用户可在仿真过程中的任意点绘制任意数目的 结构文件。章节2.4:自动创建和编辑输入文件现在，您应该已经了解如何加载、运行和查看TCAD范例的结果。接下来演示 如何简便创建自己工艺仿真输入文件或者修改已有文件。输入文件为简单的ASCII文本格式，因此它可使用任何ASCII编辑器创建。但 是，DeckBuild包含一个简单的GUI，可自动创建工艺仿真输入文件。为了简化程序，而不必每次从头来创建工艺仿真输入文件，这里将演示如何在 现有的输入文件中添加几行代码。通过在每个工序中重复该步骤，该方法同样 用于创
23、建整个输入文件。一旦使用line和init”语句（参见载入范例的首几行）定义了仿真空间和初 始衬底，工艺仿真则仅包含很多连续的扩散、植入、蚀刻和淀积步骤。其中每 一步均可使用DeckBuild自动编写。回到输入文件的范例中，假设打算在第一步之后添加一个低能量10keV P-Well Implant”。鼠标左击DeckBuild顶部视窗中首个P-well植入之后的一行。然 后如下点击：Commands. Process. Implant屏幕将出现DeckBuild: ATHENA Implant视窗。创建额外的注入语句行只 需填充该方框而已，其方法是使用滑动条、或者填充数值后按下回车键。对于 1
24、0keV硼注入，剂量1e11/cm2，垂直夹角7度，主平面旋转27度，其注入GUI 如图2.10所示。完成输入信息后，点击Write，输入文件中则出现一个新行。Dose (ion/cm2):Energy (KeV);Tilt(degrees):Rotation (degrees?;Cntmual rotation:Material type;Damage;Deckbuild: ATHENA ImplantPhdsphorujArsenicBf2AntimMySiliconSeleniumBerlliunnMagnesiumAluminumGalliumCarbonInd iumImpurity
25、9.S EKP!匚 1 1IQ ! .0 JDual PearspnFull LateralM Qnte Gad J500Model;0 =9G10 . 0 JCrystalite AmorphousPoint defects11-I listers3B0DisjoatiQnlQpsCo m me nt:(WRITER图2.10完全填充的注入GUI同样的方式可创建淀积、注入、扩散、电极、创建网格、晶元初始化，结构文 件保存等等.由于输入文件为简单ASCII文本，要在直观的语法输入文件中编 辑参数，仅需使用DeckBuild中附带的复制、粘贴和删除功能。第3章：简易使用手册和自学方法该手册很厚，
26、乍看可能使人有点畏缩的。所以本章节将为新用户演示如何简便 使用范例浏览手册，从而找到特定信息。以章节2.2中列出的输入文件为例，假设我们要理解SRH参数的用途。它出现 在输入文件中器件仿真部分，位于models开头的语句行。在工艺和器件仿真器中，任何语句行的开头词语均为语句。这个范例中，第 一个词语是models。如果我们想要了解SRH的作用，我们需要先找出 models statement的信息。所有的SILVAC。产品均有PDF格式的用户手册。要查找器件仿真器的信息，则 需要打开ATLAS用户手册。通过在控制台和端子窗口中键入sman”可启动 sman工具，再通过sman”工具可获得用户手
27、册。用户手册如图3.1所示。图3.1 ATLAS的PDF用户手册此手册最显著的特征是语句”章节。它包含器件仿真器按字母顺序排列的所 有语句。因为我们要找models语句，点击左边的书签索引上语句章旁边的 ”+扩展符号。按字母顺序向下滚动选择Models语句。点击Models语句 旁边的+扩展符号，可以查看其内容。这时，我们需要选择。如果您已猜到SRH等于Schottky Read Hall的组合 缩写，即可点击Recombination Models Flags章节。如果不明白SRH的含 义，则点击MODELS标题，回到该章节开头。这个章节的开头是另一个与模 型语句有关的参数，也以字母顺序排列
28、。向下滚动直至SRH，表格显示：参 数类型，以及默认数值和单位。一旦知晓其类型，便可向下滚动在描述章节找 到参数。也可使用Edit. Find.功能在描述部分搜索SRH。不论使用 何种方法，都可以找到描述SRH参数的部分，其如图3.2所示。图3.2查找到SRH”参数这组信息足够让用户了解参数的含义及其默认值。但是，如果您想要了解使用 参数的规则和方程，语句章节中关于SRH”的描述指示用户可参照第三章的方 程3-290。参考方程3-290，可找到如图3.3所示的SRH模型的完整描述。Shackfey-Read-Hall (SRH) RcombinalionFh-cnaon trnniltQiis
29、 occur id tlu- preMurt o-f .1 irap delecl withm this Kelvin jihI TALMO nnd TAUPO r& llw Lpctrc-n jk 3iolf Jifelinns Thia incrtltl is activat&d by uMng the SRH parfimeler of the MOEELS statnicn.t. The electron and hole pjir：ime-ttr. TAUNO smd TAUPO, e Litier-dtfifiiible in die MATERIAL .aaiciDeHt. Th
30、e defnith viLuts Fbr iLtirici lifciimt-i nrc 土hiAYri in Tiiblr 3-&6. Mnccr曲If other thEin 航【imn wiH hnve tLiETe-reAt de仆kult*. A fill I-Henption of ihtL.r p：LriLn.ic-ierd nrc giv*Ln m Append: B: LM；LtTki STable 卜逾 lfwr-SplflatJte Parameters for Equation 3-290$制料神豹国旧申忡PettitUn Itf曲恤IAL0eVMATERIALrAWD
31、sMATERIALFAJPOixio-7sKott： This ifi(jds-l only prsuni&s oau trap 睥I vihichL by dekijlL Is ETRFs=0 arid * griwpntfs to the most Bfficc&nlTecomtNndior wnl皿 If 1脂 TRAP此 u号脾 to d导间日需就ifim()physics Ihen 题即削昵营 SRH $1 戏戒ixiraiplecnertedas described eaiier h Trap frnplenenialion into Recomblretiwi Wodets wc
32、ticncnpegeS-ifi.图3.3参照SRH模型的完整描述。仅需简单点击几次鼠标，即可找到用户控制的方程中参数的含义，以及参数在 仿真器中作用的完整描述，还有何种其它用户定义参数。现在您应该清楚如何 使用用户的范例了。第4章：其他互联网信息SILVACO的网站提供丰富的技术信息，它位于信息库部分:信息分为如下四个类别1/仿真标准（SILVACO出版）2/陈述材料3/参考引用SILVAC。软件的书籍4/发表论文（同行技术文献评论）SILVAC。仿真标准是一个TCAD季度刊物，它包括详细的应用注释，以及涵盖广 泛技术的仿真结果。它也包括一些常见问题的提示和技巧。SILVACO网站提供 多年来
33、发表的所有仿真标准刊物。使用搜索功能，可寻找您关心的课题。“PresentationMaterials”包含各类陈述材料。某些PowerPoint陈述材料 显示应用范例，以及语法解释。也有一些学术课程材料显示如何将SILVACO TCAD 软件编进学生作业中。其它部分列出SILVACO软件辅助的专利，以及一组参照 SILVACO软件的教科书。Technical Library （技术库）部分的最后两个部分罗列出教科书和发表的论文， 它们分为在所有SILVACO软件开发中使用的多个类别。如果您觉得信息太多，使用SILVACO提供的简单搜索功能框，您可迅速有效地 找到所需信息。总之，希望我们在这里通过范例，充分为新用户演示了如何简单使用SILVACO 软件，查找所需信息，自学达到成功运行TCAD仿真。
