tcad工艺、器件和电路仿真结合 - 浙江大学信电系.ppt

* */83 元器件参数模拟 DC、CV 和RF值另一种方法可以通过半导体器件仿真软件（如MEDICI、ATLAS等）得到。利用这些软件，可以很方面的仿真出元器件不同状态下的曲线数据，从而为下一步参数提取做好准备。 * */83 模型参数提取流程 （3）使用IC-CAP 提取模型，从被测数据提取模型参数 当利用IC-CAP得到所需要的测量数据后，利用这些测量数据就可以提取等效的元器件寄生参数值。 一般测量和参数提取可以在同一平台下进行。模型参数提取的流程与测量相同，主要分为直流特性与高频S参数两部分，因为元器件直流特性主要被寄生电阻所影响，高频S参数则被寄生电容及电感影响。 * */83 模型参数提取流程 （4）从IC-CAP 内置模型、用户开发模型或外部仿真器模型中的模型方程仿真提取的模型参数 对于同一种器件，可以采用多种模型来拟合它的电学特性。随着集成电路的发展，目前元件模型越来越复杂，也越来越精确。利用IC-CAP对元件建模过程中，可以采用IC-CAP 内置模型（如MOS的BSIM3、BJT的Gummel-Poon模型等），也可以采用用户自己开发的模型（特别是一些特殊、非标准的元器件，如功率器件、HBT等）。 在功率集成电路中，经常要涉及到多种特殊的功率器件，因而实际多采用自己开发的元件模型。 * */83 模型参数提取流程 （5） 微调和优化模型参数，以最好适合测量和仿真结果 在参数提取之后，利用这些参数的模型在工作区与测试符合较好，而其他区域偏差较大。微调和优化模型参数的目的，就是把参数提取算法得到的参数值作为初值，在器件的整个工作区域对各个参数值进行微调，使模型在每个区域，在不同的特性与实际测试的结果吻合得很好。 IC-CAP 包括13 种功能齐全的优化算法，它可把大量参数优化成大量加权数据组，而且规定要求的优化设置，如最小和最大参数值、上下数据边界和最大误差极限。灵敏度分析模式则可以显示哪些参数对特定优化有最大影响，从而在优化其它相关参数前，揭示应精确提取的主要参数。 * */83 模型参数提取流程 （6） 用统计工具包建造统计模型 IC-CAP 统计工具包主要提供常规的参数分析和Agilent EEsof EDA开发的具有专利技术的非参数边界分析。参数分析包括主要元件分析（PCA），主要因素分析（PFA）和多种线性回归。利用这些分析，可以识别最好的模型参数、跟踪电气测试、建立预测SPICE参数或独立因素的模型，这些特性将有效的提高IC成品率。 * */83 工艺仿真举例 * */83 工艺仿真举例 * */83 器件仿真 器件模拟理论 器件模拟和举例 * */83 计算方法 Poisson方程 电子和空穴的连续性方程 电子和空穴的输运方程 电子和空穴的能量平衡方程 * */83 Poisson方程 ψ为本征费米势 ε为电容率 ND+和NA－分别是离化的施主和受主浓度 ρS是表面电荷密度 半导体器件的电行为被Poisson方程所控制: * */83 电子和空穴的连续性方程 Un和Up分别为电子和空穴的净复合率 Jn和Jp分别是电子和空穴的电流密度 * */83 电子和空穴的输运方程 μn和μp分别为电子和空穴的迁移率 Dn和Dp为电子和空穴的扩散率 * */83 物理模型 为了精确模拟器件特性，在进行方程求解过程中， 采用了很多较为精确的物理模型，包括: 载流子复合模型 载流子寿命模型 禁带模型 迁移率模型以及其他一些模型 * */83 复合和寿命模型 SRH (陷阱引起的复合) Auger和直接复合模型 表面复合模型 寿命同杂质浓度/点阵温度的相关性模型 复合和寿命同电场的相关性模型等 * */83 载流子复合率 电子和空穴连续性方程中的载流子净复合率： U=Un=Up=USRH+UAuger+Udir * */83 迁移率模型 在迁移率模型方面，载流子迁移率μn和μp在输运过程中会受 到各种物理机理影响，同样需要多种迁移率模型供用户选择。 这些模型的名称、定义以及具体内容在Manual里面有很详细 的描述，它涵盖了迁移率随温度、掺杂浓度、载流子散射、横 向电场、平行电场、强电场、速度饱和和应力等因素所带来的 变化，适用于绝大多数半导体材料和器件。为了更好的分辨这 些迁移率模型，按照对电场的依赖关系，可分为低电场、横向 电场和平行电场这三类。 * */83 迁移率模型及其应用范围 模型 低电场 横向电场 平行电场 注释 CCS