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Slivaco TCAD 小白系列- 2. ATLAS的範例程式碼

2022-02-21 16:21 作者:DanielH丹丹  | 我要投稿

參考資源:
第二三集、Silvaco TCAD ATLAS Tutorial by Engineering technology and society
積體電路工程_Silvaco (Atlas) YouTube

繼上一回我們快速瀏覽過各種語法後不實作一下怎麼知道理解多少呢?

以下是實際的程式碼環節。

第一個範例:

一樣地,go atlas 代表我們呼叫 atlas 軟體,以下要跑電性分析;
mesh space.mult = 1.0 用於定義預設默認的網格大小;
接續是一連串定義網格的確切位置與該線的寬度間隔。

從大到小、粗略到精細地定義區域的編號、材料與區域邊界;
摻雜的方式選擇 uniform 均勻的方式,並指定地區、種類與濃度;
電極的定義需要標記電極名稱為何、名字無法任意取,根據用戶手冊,只可以是下面的名字:

亂輸入會報錯: * Invalid parameter specification *

  接著定義介面的不完美性,例如 固定電荷(fixed charge) Qf 有多少且分布的範圍;
以及電極連接的位置,閘極可以定義金屬功函數是多少(倘若MOS的M是設定某種金屬,一般不用自行設定功函數,這裡的範例是拿電極當Metal來使用所以要標註一下)

  養成好習慣,設定好物理模型後請把檔案輸出以免跑電性時出錯,這樣就要從頭重新建模,寫下:SAVE outf=FILENAME.str 來輸出結構檔。


表明仿真過程使用的物理模型有哪些

auger是指歐傑再結合(auger recombination),原理跟auger electron精神相同。意指當載子發生再結合時不放出光、而是會讓電子或電洞跑到更高能階的現象。
conmob指的是concentration-dependent mobility,代表遷移率與摻雜濃度相關而非定值。fldmob是Field-dependent mobility,讓遷移率隨平行的電場大小而改變。以電子遷移率為例,其滿足:


β的設定是透過”BETAP”參數設定完成、預設是2.0。μ_n0 是常溫下低場下的電子遷移率。而電子的飽和速度 v_dsat,n 也是由別的模型計算而得(可參考ATLAS手冊);
bgn是band gap narrowing effect,白話來說就是摻雜濃度上升時等效上會有能帶變窄的現象(參考半導體元件物理學),這用直觀想也很容易、摻雜上升除了載子濃度會上升,原本載子的空位也可以當作中途階梯讓更加容易穿梭於價帶與導帶。這現象在高摻雜時很常見;
print是要求ATLAS最終會輸出這些特殊參數的數值。


METHOD 是指名仿真軟體要用怎樣的方法去解元件的電性;
OUTPUT 可以指名要把哪些物理量輸出:
 Qfn是EFn,也就是電子的準費米能階、Qfp同理;
 qss是Qs,也就是表面電荷(surface charge);
 e.temp是電子溫度、q.temp則是電洞溫度;
 j.disp是代表位移電流。


接著是解電性的環節。SOLVE init 是讓每個電極的電壓都取0然後解一次初始條件;
SOLVE prev 是依據上一個狀況再進行一次電性分析,據說這常用於Grid改變時(Re-gird)的狀況。
接著讓系統在 VD=0.1、0.5 各解一次電性方程,最後才把 VD 升到目標的 1 V,倘若刪掉SOLVE VD=0.1, 0.5 會讓解發散,所以猜測是讓系統一步步增加VD而能找到最近的穩定解。
SOLVE ac freq=1e6 vgate=0 vstep=0.1 vfinal=1 name=gate 則是增加VG從0V到1V、每隔0.1V解一次、小信號交流頻率是 10^6 Hz。

TONYPLOT girish.str girish.log 是調用TONYPLOT把結構檔與電性分析圖繪出。girish是印度人的名字啦~跑出的結果如下:

我們可以在IV圖上右鍵選擇Display,調整要顯示的參數:

例如可以看電容跟電導,Gate>Gate是指Gate看出去的總電容/電導

對於多張IV圖,我們可以利用滑鼠滾輪作為複數選取(平常用電腦是Ctrl+滑鼠左鍵),選取複數數據圖後選Edit>Make overlay就可以疊圖了

反之,對於疊圖的圖片,也可以選擇"Split overlay"拆開疊圖。然後我們對於圖形的"加工",或者說Display的選擇,可以存起來:

之後打開數據圖後,按Open Set File就可以不用再手動調整啦。也可以直接在DeckEdit上的code輸入例如:

「TONYPLOT -st mos1ex02_0.str -set mos1ex02_0.set或是
「TONYPLOT -overlay -st mos1ex02_1.log  mos1ex02_2.log mos1ex02_3.log -set mos1ex02_1.set

TONYPLOT後面的語法用「-名稱」的方式標記後面參數的意義,例如"-st""-structure"就是特別註記後面是要開啟"檔名.str"檔案的結構檔;
"-overlay 1.log 2.log 3.log"的語法則是告訴TONYPLOT把三張圖疊在一起;" -set 檔名.set"則是匯入先前存好的TONYPLOT設定


對於結構圖也可以調整Display:

檔案的儲存可以點選Save as存成png檔,2019版的則可以匯出csv檔(舊版可以善用LOG csvfile=檔名.csv輸出)

此外,可以選擇切線來看某個剖面的資訊:

一樣地,我們可以右鍵剖面資訊,這時就可以看到很多選項:

如果沒看到像"Current"之類的,注意一下「OUTPUT~」的程式碼有沒有在「SAVE~.str」之前。在他之後會存不到資訊。


這次就先到這裡~ 我是丹丹,期待我們下次再見!

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