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Silvaco TCAD 器件仿真（三）Tang shaohua,SCUE-Mail: 2024/6/27 周四1学习这一讲主要内容材料特性设置物理模型设置特性获取结果分析从例子hemtex01.in看整个流程2024/6/27 周四2学习材料参数状态Material，设置材料参数材料参数和物理模型的选取有关，常用的参数及说明如下：2024/6/27 周四3学习材料参数2024/6/27 周四4学习材料参数2024/6/27 周四5学习材料参数2024/6/27 周四6学习能带参数能带结构示意图能带不连续参数align的说明要在结构文件中查看能带，需添加语句Output con.band val.band band.para2024/6/27 周四7学习材料参数例子material material=InGaAs align=0.36 eg300=0.75 nc300=2.1e17 nv300=7.7e18 copt=9.6e-11 material material=InP affinity=4.4 align=0.36 eg300=1.35 nc300=5.7e17 nv300=1.1e19 copt=1.2e-10 material region=1 taun0=5.0e-10 taup0=1.0e-9 vsatn=2.5e7 mun0=4000 mup0=200impact selb material=InGaAs an2=5.15e7 ap2=9.69e7 bn2=1.95e6 bp2=2.27e6 impact selb material=InP an2=1e7 ap2=9.36e6 bn2=3.45e6 bp2=2.78e6Material taun0=1.e-9 taup0=1.e-9 f.conmun=hemtex01_interp.libmaterial align=0.62024/6/27 周四8学习光学参数在光电特性仿真中材料的光学参数（折射率实部和虚部）尤为重要。两种方法可设置材料的光学参数1、C解释器编写参数文件2、添加、更改材料的折射率文件内的信息文件路径：X:sedatoolslibAtlas5.14.0.Rcommon*.n为折射率实部，*.k为折射率虚部2024/6/27 周四9学习C解释器可通过C解释器编辑函数来描述材料参数C解释器模板路径X:sedatoolslibAtlas5.14.0.Rcommontemplate例子hemtex01.in 中“f.conmun=hemtex01_interp.lib”2024/6/27 周四10学习物理模型models，计算时所采用的物理模型物理模型是指有物理意义的方程物理描述在手册的3.6节Physics Models部分低场迁移率模型的物理方程及参数低场迁移率模型中可用户定义的参数低场迁移率模型中可用户定义的参数状态参数默认值单位MobilityMun1000cm2/VsMobilityMup500cm2/VsMobilityTmun1.5MobilityTmup1.52024/6/27 周四11学习物理模型推荐的模型MOSFETs类型：srh，cvt，bgnBJT，thyristors等：Klasrh，klaaug，kla，bgn击穿仿真：Impact，selbModels conmob fldmob srh auger temp=300 print例句：Impact selbModel bgn fldmob srh2024/6/27 周四12学习界面特性interface y.max=0.1 qf=1e11interface x.min=4 x.max=4 y.min=0.25 y.max=0.1 qf=1e11 s.n=1e4 s.p=1e4Interface定义界面态电荷（密度cm-2），s.n和s.p分别为电子和空穴的表面复合速率2024/6/27 周四13学习计算方法Method，仿真时的数值计算方法主要的方法有newton，gummel，blockmethod gummel newton trap itlimit=20 maxtrap=6 报错信息：“trap times more than 4 times”指计算不收敛。需要注意的几个地方：Itlimit是迭代的次数上限；maxtrap设置步长折回的次数；电流边界情形不能用Gummel2024/6/27 周四14学习特性获取加偏执是用solve状态先需要设置数据保存在日志文件，之后才可以用Tonyplot显示出来Log outfile=*.logSolve init Solve vdrain=0.1Solve vgate=0.05 vstep=0.05 vfinal=1.0 name=gateSolve ibase=1e-6简单例句：2024/6/27 周四15学习特性获取solve vdrain=0.1solve vdrain=0.2 solve vdrain=2.0solve vdrain=0.1solve vgate=0.1 vstep=0.1 vfinal=3.0 name=gatesolve vcollector=2solve vbase=0.0 vstep=0.1 vfinal=2 name=basecontact name=base common=collectorsolve vbase=0.0 vstep=0.1 vfinal=2 name=baseI-V 特性：转移特性：GP 特性：2024/6/27 周四16学习特性获取impact selbmethod trap climit=1e-4 maxtrap=10#solve initsolve vbase=0.025solve vbase=0.05solve vbase=0.2#contact name=base currentsolve ibase=3.e-15#log outfile=gp.log mastersolve vcollector=0.2solve vstep=0.2 vfinal=5 name=collectorsolve vstep=0.5 vfinal=10 name=collector compl=5.e-11 p=3CE击穿特性：2024/6/27 周四17学习特性获取solve initsolve vbase=0.05 vstep=0.05 vfinal=0.8 name=basecontact name=base current#solve ibase=2.e-6save outf=bjt_ib_1.str mastersolve ibase=4.e-6save outf=bjt_ib_2.str master#load inf=bjt_ib_1.str masterlog outf=bjt_ib_1.logsolve vcollector=0.0 vstep=0.25 vfinal=5.0 name=collector#load inf=bjt_ib_2.str masterlog outf=bjt_ib_2.logsolve vcollector=0.0 vstep=0.25 vfinal=5.0 name=collector电流控制性器件的输出特性：2024/6/27 周四18学习特性获取solve initsolve vgate=1.1 outf=solve_tmp1solve vgate=2.2 outf=solve_tmp2#load infile=solve_tmp1log outf=mos_ids_1.logsolve name=drain vdrain=0 vstep=0.3 vfinal=3.3#load infile=solve_tmp2log outf=mos_ids_2.logsolve name=drain vdrain=0 vstep=0.3 vfinal=3.3电压控制型器件的输出特性：2024/6/27 周四19学习特性获取solve vbase=0 vstep=0.05 vfinal=2.0 name=base ac freq=1e6solve vbase=0.7 ac freq=1e9 fstep=1e9 nfstep=10solve vbase=0.7 ac freq=1e6 fstep=2 mult.f nfstep=10solve prev ac freq=1e6 fstep=2 mult.f nfstep=10solve vgate=0 vstep=0.05 vfinal=1 name=gate ac freq=1e6 fstep=2 mult.f nfsteps=10某频率下的特性（CV）：电容随频率的变化（1G11GHz）：（1M1.024GHz）直流偏置和交流频率都改变：2024/6/27 周四20学习特性获取solve vgate=1.0 ramptime=1e8 tstop=1e7 tstep=1e10瞬态特性：瞬态仿真参数的说明2024/6/27 周四21学习特性获取log outf=ac.log s.param inport=gate outport=drain width=100solve ac.analysis direct frequency=1.e9 fstep=2.e9 nfsteps=20log outf=ac.log s.param inport=gate outport=drain in2port=source out2port=source width=100 rin=100solve ac.analysis direct frequency=1.e9 fstep=2.e9 nfsteps=20S参数仿真（电流增益随频率变化的特性）：2024/6/27 周四22学习特性获取models srh fldmob bz=1.0model temperature=300solve init#probe name=hall1 x=0.0 y=0.5 potentialprobe name=hall2 x=1.0 y=0.5 potentialprobe name=reference x=0.5 y=0.5 potential#log outf=hall_effect.logsolve name=anode vanode=0.0 vstep=0.05 vfinal=1.0霍尔效应仿真：2024/6/27 周四23学习特性获取beam num=1 x.orign=5 y.orign=2 angle=90 wavelenght=.8beam num=1 x.orign=5 y.orign=2 angle=90 wavel.start=.5 wavel.end=1.7 wave.num=13beam num=2 x.orign=1 y.orign=1 angle=90 wavelength=1.5 back.refl front.refl reflect=5 min.power=0.01beam num=3 x.orign=2 y.orign=0.5 angle=90 wavelength=0.9 rays=101 gaussian mean=0 xsigma=0.25光电效应仿真时光线的设置：波长、入射点位置和角度：一定范围的波长：前后背面的反射：光强为高斯分布：2024/6/27 周四24学习特性获取beam num=1 x.origin=2.5 y.origin=1.0 angle=90.0 wavelength=.4#solve initsolve vcathode=0.05 vstep=0.05 vfinal=1.0 name=cathode#log outf=spectral_Response.log mastersolve prev b1=2 lambda=0.5solve prev b1=2 lambda=0.6solve prev b1=2 lambda=0.7solve prev b1=2 lambda=0.8solve prev b1=2 lambda=0.9solve prev b1=2 lambda=1.0solve prev b1=2 lambda=1.2光电效应仿真：2024/6/27 周四25学习特性获取models bgn srh conmob fldmob method newton#set up initial DC biassolve vcathode=0.1 vstep=0.1 vfinal=3.0 name=cathode#set up the track of the radiation for SEUsingleeventupset entry=2.0,1.5,0.exit=1.,1.,4 radius=0.05 density=1e18method halfimpl dt.min=3.e-12log outf=seu_0.logsolve tfinal=1.e-9 tstep=3.e-12SEU仿真：2024/6/27 周四26学习三维器件仿真三维器件仿真流程和语法可参照二维仿真位置坐标是三维数据物理模型少数会有差别2024/6/27 周四27学习仿真结果分析仿真结果的表现形式1、包含有电学、光学、热学信息等的结构文件（可由Tonyplot 导出数据）2、仿真得到的日志文件（可由Tonyplot 导出数据）3、抽取的结果（*.dat 或是在实时输出窗口显示）2024/6/27 周四28学习从结构文件中导出数据Format:Tonyplot User Data2024/6/27 周四29学习从日志文件导出数据Format:Comma Separated Values2024/6/27 周四30学习 谢谢！器件仿真，Silvaco仿真至此全部结束2024/6/27 周四31学习 交流时间2024/6/27 周四32学习