TCAD器件模拟功能浙江大学信息与电子工程学院.pptx

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2019/12/6,#,/99,2025/1/13 周一,1,/87,第四章 功率集成电路工艺和器件模拟,2025/1/13 周一,2,/83,主要内容,TCAD,简介,TCAD,仿真软件简介,PIC,工艺仿真,器件仿真,器件模型,2025/1/13 周一,3,/83,TCAD,概念,集成电路工艺和器件的计算机模拟（,Technology CAD,，,简称,TCAD,），是利用组件与制程方面的计算机辅助设,计与仿真软件进行集成电路工艺和器件的“虚拟制造”。,显然它的运用可以大大缩减集成电路的研发周期和费,用，从而大大提高集成电路的上市竞争力，已成为半导,体工艺研发过程中不可或缺的工具。,2025/1/13 周一,4,/83,PIC,中的,TCAD,对于功率集成电路而言，由于涉及的器件种类繁多，,而且器件参数相差很大，这就决定不能采用标准的,CMOS,或,Bipolar,工艺制程进行制造，而研发一条全,新的特殊工艺工程量是浩大的，因而这就更离不开,TCAD,软件来协助进行设计。,2025/1/13 周一,5,/83,TCAD,简介,TCAD,作为,EDA,软件的一个分支，主要分为两部分：,对制造工艺进行模拟，称为工艺,TCAD,；,对器件特性进行模拟，称为器件,TCAD,。,2025/1/13 周一,6,/83,TCAD,工艺模拟,功能：,制造,IC,的全工序模拟,模拟单类工艺或单项工艺,目的：,达到优化设计,IC,制造工艺,快速分析工艺条件对工艺结果影响,2025/1/13 周一,7,/83,TCAD,工艺模拟软件分类,根据功能不同，主要可分为三类：,一是用于模拟离子注入、氧化、扩散等以掺杂为主的狭,义的工艺模拟软件；,二是用于模拟刻蚀、淀积等工艺的,IC,形貌模拟软件；,三是用于模拟固有的和外来的衬底材料参数或工艺条件,参数的扰动对工艺结果影响的统计模拟软件。,2025/1/13 周一,8,/83,TCAD,工艺模拟流程,2025/1/13 周一,9,/83,TCAD,器件模拟,功能：,根据器件结构和尺寸的各种参数，模拟得到半,导体器件特性,目的：,电学特性,寄生参数,2025/1/13 周一,10,/83,TCAD,器件模拟软件分类,分类（根据器件机理不同）：,PN,结型器件模拟器（最常用和最成熟,）,MOS,型器件模拟器（最常用和最成熟,）,异质结器件模拟器,TFT,薄膜器件模拟器,2025/1/13 周一,11,/83,TCAD,器件模拟流程,2025/1/13 周一,12,/83,TCAD,工艺、器件和电路仿真结合,2025/1/13 周一,13,/83,TCAD,发展历程（,1,）,TCAD,作为计算机模拟软件最早可追溯至,20,世纪,50,年,代；,1964,年，,Herman Cummcl,和,Bell Lab.,发表了第一篇,TCAD,方面的论文“,Solving the Basic Semi-conductor,Equations on the Computer in One Dimention”,；,20,世纪,60,年代中期，商品化的,CAD,设备开始进入发展,和应用阶段；,2025/1/13 周一,14,/83,TCAD,发展历程（,2,）,20,世纪,60,年代，著名教授,Walter Engle,所领导的团队已开始进行二维仿真,(two dimensional simulation),；,1978,年，斯坦福大学,IC,实验室的,IC,工艺模拟软件,SUPREM-2,成功开发并投入实用；,1979,年相继开发了半导体器件分析软件,SEDAN-1,，标志,TCAD,开始进入实用阶段；,2025/1/13 周一,15,/83,TCAD,发展历程（,3,）,在接下去二十多年内，斯坦福大学依次推出了,SUPREM-1,、,SUPREM-2,、,SUPREM-3,和,SUPREM-4,IC,工艺模拟软件；,在器件模拟方面，相继出现了,MEDICI,、,DESSIS,、,ATLAS,、,FLOOPS,等软件。,2025/1/13 周一,16,/83,SUPREM,系列,SUPREM-1,是,SUPREM,系列的第一个版本，但由于数值不稳定和模型精度不够，未能达到实用化阶段；,SUPREM-2,在,SUPREM-1,基础上进行了模型、算法等改进，成为第一个能实用的,IC,工艺模拟软件；,SUPREM-3,和,SUPREM-4,的模拟功能得到进一步加强；,基于,SUPREM-4,并经商用化改进和包装，,SYNOPSYS,公司推出了功能更强的、精度更高、更方便用户的,TSUPREM4,，,SILVACO,公司也推出相应的商用化软件,SSUPREM4,。,2025/1/13 周一,17,/83,器件仿真系列,SEDAN-1,可以很好与,SUPREM-2,进行对接和联用，但只能处,理半导体器件的一维分析，应用受到很大限制；,随着计算机硬件性能的增强和应用软件开发技术的不断成熟，,相继出现了几种比较优秀和实用的二维模拟软件，如,MINIMOS-2,、,MEDICI,等；,MINIMOS-2,是由奥地利维也纳工业大学开发的平面,MOSFET,静态特性二维模拟程序；,MEDICI,则是近年来运用最广泛的半导体器件二维模拟软件，,最早的版本出现于,1992,年。,2025/1/13 周一,18,/83,目前形成的商用,TCAD,软件,TSUPREM/MEDICI,软件,AVANTI,公司,（已被,SYNOPSYS,收购）,ATHENA/ATLAS,软件,SILVACO,公司,ISE-TCAD,软件系列,ISE,公司（也已被,SYNOPSYS,收购）,SENTAURUS,软件包,SYNOPSYS,公司,2025/1/13 周一,19,/83,TSUPREM4/MEDICI,软件,TSUPREM4/MEDICI/DAVINCI,软件是,AVANTI,公司（已被,SYNOPSYS,收购）开发的用于二维工艺和器件模拟的集成软件包：,TSUPREM4,用于工艺仿真；,MEDICI,用于二维器件仿真；,DAVINCI,支持三维器件仿真。,2025/1/13 周一,20,/83,TSUPREM4,用来模拟硅集成电路和离散器件制造工艺步骤的程序；,模拟二维的扩散、离子注入、氧化、外延生长、刻蚀和,淀积等工艺步骤，从而得到二维半导体器件纵剖面的杂,质掺入和再分布情况；,提供结构中各材料层的边界、每层的杂质分布以及氧化,/,热循环,/,薄膜淀积产生的应力等等。,2025/1/13 周一,21,/83,TSUPREM4,仿真图形,2025/1/13 周一,22,/83,MEDICI,用于,MOS,、,bipolar,或其他各种类型晶体管的行为级仿真,的工具，它可以模拟一个器件内部的电势和载流子二维,分布，从而预测任意偏置下的器件电特性；,主要通过解,Poisson,和电子,/,空穴连续性以及其他半导体方,程，分析各种晶体管载流子效应（如载流子加热、闩锁、,速度过冲等），从而分析这些效应对器件特性的影响；,为了更好与电路结合，,MEDICI,还可以研究器件的瞬态,特性。,2025/1/13 周一,23,/83,MEDICI,输入三种方式：,来自本身的解析函数；,来自,TSUPREM4,的输出；,包含掺杂分布信息的文本文件。,2025/1/13 周一,24,/83,MEDICI,仿真图形,NMOS,2025/1/13 周一,25,/83,DAVINCI,是一个,MOS,、,Bipolar,或其他各种类型的晶体 管的,行为级仿真工具，不同之处在于它是三维分析工具；,可以模拟一个器件内部的电势和载流子三维分布，,可以预测任意偏置下的器件电特性；,还可以分析瞬态工作状态下的器件特性。,2025/1/13 周一,26,/83,ISE-TCAD,软件,工艺和器件仿真工具,ISE-TCAD,是瑞士,ISE(Integrated Systems Engineering),公司开发的,DFM,（,Design For Manufacturing,）软,件，是一种建立在物理基础上的数值仿真工具，其产品包括完整,的工艺及器件模拟工具。,它可以仿真传统半导体工艺流程和相应器件，而且对于各种新兴,及特殊器件（如深亚微米器件、绝缘硅,SOI,、,SiGe,、功率器件、,高压器件、异质结、光电器件、量子器件及纳米器件等）也可以,进行仿真模拟。,2025/1/13 周一,27,/83,ISE-TCAD,软件平台,平台工具,GENESISe,工艺仿真工具,DIOS,器件结构生成工具,MDRAW,（,2D,）和,DEVISE,（,3D,）,器件模拟工具,DESSIS,电磁分析工具,EMLAB,曲线显示和分析工具,INSPECT,等等,2025/1/13 周一,28,/83,GENESISe,ISE-TCAD,模拟工具的用户图形主界面，为设计、组织和运行,TCAD,模拟项目提供一个良好的平台；,通过,GENESISe,可以将众多工具良好衔接起来，然后自动执行参数化的模拟项目，从而免除了用户进行命,令行输入等繁琐步骤。,2025/1/13 周一,29,/83,GENESISe,2025/1/13 周一,30,/83,DIOS,半导体工艺仿真工具；,能仿真完整的一维和二维的制造工艺过程，如刻蚀、,淀积、离子注入、扩散和氧化，,DIOS,部分功能还支持,三维仿真；,主要包括一维和二维蒙特卡罗,Crystal-Trim,仿真器和,三维蒙特卡罗,MCimpl,仿真器界面，机械效应如压力、,流动和热扩张等也可被包含在仿真过程中。,2025/1/13 周一,31,/83,DIOS,仿真图形,2025/1/13 周一,32,/83,MDRAW,器件结构生成工具；,提供灵活的二维器件边界编辑、掺杂、细化定义；,它采用,DF-ISE,数据格式和其他,ISE-TCAD,工具通信。,二维网格生成器被集成在,MDRAW,工具中，因而不需,要输入文件和输出文件；,MDRAW,还提供一个,Tcl,语法的脚本语言，用户不通过,图形交互界面也可以生成器件结构。,2025/1/13 周一,33,/83,MDRAW,2025/1/13 周一,34,/83,DEVISE,器件结构生成工具；,DEVISE,既是二维和三维器件编辑器，也是三,维工艺模拟器，其中二维和三维器件编辑器的,模式包括几何模型生成、扩散、细化定义以及,网格生成；,2025/1/13 周一,35,/83,DEVISE,2025/1/13 周一,36,/83,DESSIS,多维、电热、混合器件和电路的仿真器，它支,持一维、二维、三维的半导体器件；,能模拟从深亚微米硅,MOSFET,到大功率,Bipolar,管的绝大多数类型半导体器件；,还支持,SiC,和,III-V,化合物以及异质结结构的器,件。,2025/1/13 周一,37,/83,DESSIS,2025/1/13 周一,38,/83,DESSIS,2025/1/13 周一,39,/83,ATHENA/ATLAS,软件,ATHENA/ATLAS,软件是,SILVACO,公司提供的一套完备模拟半导体工艺、器件和自动化设计流程软件，可用于,CMOS,、,BiCMOS,、,SiGe,和化合物半导体材料等的工艺和器件仿真。,2025/1/13 周一,40,/83,ATHENA,一套具有标准组件以及可拓展性的一维和二维制程模拟器，可用于硅或其它材料的工艺开发。,ATHENA,由四套主要的工具组成，包括,SSUPREM4,、,FLASH,、,OPTOLITH,和,ELITE,工具。,2025/1/13 周一,41,/83,ATHENA,功能,SSUPREM4,用于模拟硅工艺的注入、扩散、氧化和硅化物；,FLASH,用于模拟先进材料工艺的注入、激活和扩散；,OPTOLITH,用于光刻模拟；,ELITE,用于,topography,模拟。,2025/1/13 周一,42,/83,ATLAS,ATLAS,是一套通用的、具有标准组件以及可拓展性的一维和二维器件模拟器。,ATLAS,适用所有的半导体工艺器件模拟。,它主要包括,S-Pisces,和,BLAZE,两个模拟器。,ATLAS,结果输入到,UTMOST,可以进行,SPICE,参数提取。,2025/1/13 周一,43,/83,ATLAS,功能,S-Pisces,用于硅器件模拟；,BLAZE,模拟先进材料（,III-V,、,II-VI,和混合技术）构成的器件和复杂的构造。,2025/1/13 周一,44,/83,PIC,工艺模拟,工艺模型,工艺模拟和举例,2025/1/13 周一,45,/83,工艺模拟,主要完成,IC,工艺涉及到的扩散、离子注入、氧,化等工艺步骤的模拟，因而所采用的模型基本,集中在这些区域；,采用的模型主要有杂质扩散模型、离子注入模,型、氧化模型以及其他一些工艺模型。,2025/1/13 周一,46,/83,扩散模型,受扩散系数、杂质电场、点缺陷和载流子密度影响，扩散,表达式是非线性性的。在扩散计算时，将扩散时间分割成一系,列很短的时间,t,之和，然后分别对,t,时间进行求解。,n,是结构所有节点数,Cij,是节点（,i,j,）浓度，,Cij,是,Cij,的估计误差,2025/1/13 周一,47,/83,扩散相关其他模型,为了更精确的模拟扩散分布，在扩散过程中还采用一系列模型，如扩散率模型、点缺陷（空位和间隙）模型、点缺陷的注入和再复合模型、空隙聚集模型,等等。,2025/1/13 周一,48,/83,离子注入模型,杂质离子注入的模型有两种：,解析离子注入模型,蒙特卡罗离子注入模型,2025/1/13 周一,49,/83,解析离子注入模型,利用离子注入数据文件中的分布矩的,Gaussian,或,Pearson,函数模拟杂质和缺陷分布。,2025/1/13 周一,50,/83,解析离子注入其他相关模型,在实际过程中，为了精确离子注入分布，解析离,子注入模型还包含有同注入剂量有关的注入分布,模型、双,Pearson,分布、晶圆片的倾斜和转动对注,入分布影响、多次注入的有效射程模型和剂量匹,配、与纵深相关的横向分布模型、,BF,2,注入模型、,解析注入损伤模型。,2025/1/13 周一,51,/83,蒙特卡罗离子注入模型,TSUPREM4,处理离子注入的另一个复杂模型，它包含,计算晶体硅的模型以及针对硅和材料的无定性模型。,该模型能模拟注入时晶体硅向无定形硅的转变。该模,型还包括反射离子对注入分布影响、注入时所产生的,损伤（空位和间隙类）和硅衬底的损伤自退火等。,2025/1/13 周一,52,/83,蒙特卡罗离子注入模型,蒙特卡罗离子注入模型对于检测一系列的依赖关系，,而这却是经验模型所缺乏的。,它能检测倾斜和转动角度、剂量影响、注入温度以及,低能量注入等因素对最终离子注入分布的影响。,它可以模拟反射离子对注入分布影响的模型。,2025/1/13 周一,53,/83,氧化模型,氧化一般发生在暴露的硅或多晶硅区域表面。在,TSUPREM4,中，氧化一共采用,5,种氧化模型，这,些模型都是基于一维,Deal,和,Grove,理论发展而来的，,存在的区别主要它们将一维,Deal,和,Grove,理论发展,到二维空间。,2025/1/13 周一,54,/83,氧化模型,解析氧化模型,数字氧化模型,2025/1/13 周一,55,/83,解析氧化模型,解析氧化模型有,ERFC,和,ERFG,两种，两者的区别在于生长速度,依赖离光刻版边的,x,坐标距离。,ERFC,模型适用于精确的一维模拟，支持平面或近似平面结构,的局部氧化。它是最快的氧化模型，但不适用于多晶硅的氧化；,ERFG,模型适用于氮化物光刻的复杂解析氧化模型，它包含有,ERF1,和,ERF2,两个模型。,ERFG,模型能提供一个平面结构的快速,解析氧化模拟。,ERFG,模型具有,ERFC,模型的所有限制和缺点。,在使用之前，它需要在初始结构上添加很多约束条件和参数，因,而也很少运用于实际中。,2025/1/13 周一,56,/83,数值氧化模型,通过解方程从而得到氧化层,/,硅界面任意点的生长速,度，可以精确模拟任意结构的氧化过程。数值氧化模型,的不同主要在于计算氧化剂流动方程的方法不同。目前,有：,VERTICAL,COMPRESS,VISCOUS,VISCOELA,数值氧化模型,2025/1/13 周一,57,/83,VERTICAL,最简单且运行速度最快的数值氧化模型；,适用于具有任意初始氧化层厚的均匀氧化以及初始结,构接近平面的局部氧化；,不适用于全隐蔽、沟槽和其他非平面结构，也不能适,用于多晶硅氧化。,2025/1/13 周一,58,/83,COMPRESS,能仿真氧化时的粘滞流动，用线性有限元（,3,节点）计,算二维氧化的粘滞流动，适用于平面结构、小量氧化,化层生长且确切氧化层形状细节不很关心的情况下；,不能用于计算应力的精确值以及应力对氧化的影响；,它比,VERTICAL,模型要慢，而且需要大容量存储器。,2025/1/13 周一,59,/83,VISCOUS,能模拟氧化时的粘滞流动，采用,7,节点有限元计算，其,中应力值也可计算；,相比,VISCOELA,模型，,VISCOUS,模型比较陈旧；,当粘滞度远远小于,Young,模数时，,VISCOUS,模型比,VISCOELA,模型精确，而且一旦计算应力运行速度将,会大大减慢。,2025/1/13 周一,60,/83,VISCOELA,模拟氧化时的粘滞弹性流动，采用,3,节点有限元计算。,它适用于仿真氧化层形状细节很重要且应力值必须的,情况下；,它的速度比,COMPRESS,模型慢，在不考虑应力情况,下，,VISCOELA,模型也并没有更多的精度；,它比,VISCOUS,模型要快，特别在考虑应力情况下，适,合于在很短仿真时间内得到近似的氧化形状。,2025/1/13 周一,61,/83,工艺仿真,和所有的软件一样，使用工艺仿真软件之前，我们,首先来了解一下它的功能以及所采用的各种工艺模,型，掌握硅工艺模拟所需要的衬底材料参数、工艺,条件参数以及工艺步骤。,根据使用手册写好一个满足需求的源文件。只有这,样，采用顺利地得到所需要的模拟结果。,2025/1/13 周一,62,/83,工艺仿真文件,一般包括,5,部分：,标题及说明,创建一个仿真用的好的网格,进行等型淀积和几何刻蚀,进行氧化，离子注入和退火,存储和载入结构信息,2025/1/13 周一,63,/83,工艺仿真举例,2025/1/13 周一,64,/83,工艺仿真举例,2025/1/13 周一,65,/83,器件仿真,器件模拟理论,器件模拟和举例,2025/1/13 周一,66,/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,2025/1/13 周一,67,/83,Poisson,方程,为本征费米势,为电容率,N,D+,和,N,A,分别是离化的施主和受主浓度,S,是表面电荷密度,半导体器件的电行为被,Poisson,方程所控制,:,2025/1/13 周一,68,/83,电子和空穴的连续性方程,U,n,和,U,p,分别为电子和空穴的净复合率,J,n,和,J,p,分别是电子和空穴的电流密度,2025/1/13 周一,69,/83,电子和空穴的输运方程,n,和,p,分别为电子和空穴的迁移率,D,n,和,D,p,为电子和空穴的扩散率,2025/1/13 周一,70,/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,2025/1/13 周一,71,/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,2025/1/13 周一,72,/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=U,n,=U,p,=U,SRH,+U,Auger,+U,dir,2025/1/13 周一,73,/83,迁移率模型,在迁移率模型方面，载流子迁移率,n,和,p,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。,2025/1/13 周一,74,/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,CCSMOB,载流子载流子散射模型,CONMOB,载流子迁移率随杂质浓度变化的列表模型,ANALYTIC,载流子迁移率随杂质浓度和温度变化的表,达式模型,PHUMOB,载流子载流子散射，不同施主和受主散射，适用于双极性器件的少子迁移率,2025/1/13 周一,75,/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,LSMMOS,Lombarbi,迁移率模型，结合半导体绝缘体界面和体硅迁移率表达式模型,GMCMOB,Generalized Mobility Curve,迁移率模型,SRFMOB,基于有效电场的表面迁移率模型，计算半导体绝缘体表面处的载流子迁移率,SRFMOB2,增强的表面迁移率模型，增加声子散射、表面粗糙度散射和带电杂质散射,UNIMOB,用于,MOSFET,反型层的,Universal Mobility,模型,2025/1/13 周一,76,/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,PRPMOB,垂直电场迁移率模型，考虑垂直电场对迁移,率的影响,TFLDMOB,横向电场迁移率模型，基于,University of,Texas,迁移率模型,FLDMOB,考虑平行电场分量的迁移率模型，计入载流,子加热和速度饱和效应,HPMOB,同时考虑平行和垂直电场影响的载流子模型,2025/1/13 周一,77,/83,模型选择注意点,每类模型中只能选一种,跨类模型不能和其他模型交叠,2025/1/13 周一,78,/83,PIC,器件模拟时采用模型,在功率集成电路中，由于涉及到高压、大电流以及热等,诸多问题，在器件仿真时需要慎重选择合适的物理模型，如：,仿真器件的,IV,特性时可采用,CONSRH,模型,仿真器件的击穿电压特性则需要增加如,AUGER,、,IMPACT.I,等模型,2025/1/13 周一,79,/83,器件仿真举例,2025/1/13 周一,80,/83,器件仿真举例,2025/1/13 周一,81,/83,器件仿真举例,器件结构,2025/1/13 周一,82,/83,器件仿真举例,击穿特性曲线,2025/1/13 周一,83,/83,器件仿真举例,等势线分布,2025/1/13 周一,84,/83,工艺仿真举例一,Silvaco ATHENA,器件仿真例子,2025/1/13 周一,85,/83,器件模型,作为,IC,设计与,IC,产品功能和性能联系起来的纽带，器件模型的精度要求也越来越高。,如何建立一个高精度的器件模型已经成为当今,CAD,软件的首要任务，这也是现今国际上研究的重点和热点。对于功率集成电路而言，高精度的功率器件模型也是,PIC,设计成功与否的关键。,2025/1/13 周一,86,/83,功率器件模型简介,器件模型是连接,IC,工艺生产和,IC,设计之间的桥梁，是电路设计能否成功的最基础环节。,随着时代发展和计算机更新，出现了一系列不同的器件模型，其中比较有代表性的有,MOS,器件的,MOS1,MOS3,模型、,BSIM1,BSIM4,模型和,PSP,模型等，,BJT,器件的,Gummel-Poon,、,VBIC,和,MEXTRAM 503,模型等。这些模型基本集中在低压器件领域，针对功率和高压器件的模型寥寥无几。,2025/1/13 周一,87,/83,功率器件模型,目前功率器件模型的建立主要通过两种方式：,一种通过反应器件物理特性方程的物理方法或根据器件的输入输出特性的黑箱方法来建立,另一种方法是以仿真软件中现有的器件模型为基础来构造新器件模型,2025/1/13 周一,88,/83,功率器件模型,对于功率器件而言，现在国内外普遍采用的功率器件建模方法是,宏模型,（,Macro Model,）的方法。,用,SPICE,中已定义的基本物理模型来,组合描述,复杂器件或新型电子器件的等效电路，并将,等效电路,作为新型电子器件的,SPICE,仿真模型。,2025/1/13 周一,89,/83,IC-CAP,IC-CAP,（集成电路特性和分析程序）是一种器件建模软件，主要为半导体建模提供强大的表征和分析能力。,IC-CAP,软件为器件设计师提供满足各种建模需要的现代建模工具，包括仪器控制、数据采集、参数提取、图形分析、仿真、优化和统计分析。所有这些能力都组合在一个灵活、自动和直观的软件环境中，以用于有源器件和电路模型参数的有效和精确提取。,2025/1/13 周一,90,/83,IC-CAP,平台,2025/1/13 周一,91,/83,IC-CAP,用户界面,2025/1/13 周一,92,/83,模型参数提取流程,（,1,）选择合适（,MOSFET,、,BJT,等）的模型,根据元器件结构和特性不同，选取标准模型、改进模型或是自己开发模型等。,（,2,）,DC,、,CV,和,RF,测量（或者,DC,、,CV,和,RF,仿真）,器件的电学特性可以从两种途径得到，一种是直接对元器件进行测量，另一种就是利用半导体器件仿真进行电学特性仿真。,2025/1/13 周一,93,/83,元器件参数测量,对于一个元器件而言，大信号特性、小信号特性以及高频,/,射频特性都是完全不一样的，所以在建立元器件模型过程中，测试参数也基本必须包括,DC,、,IV,（直流电流电压）以及,RF,高频,S,参数。利用,IC-CAP,平台就可以测出元器件的各种不同状态的曲线和数据。,为了建立足够准确的元器件模型，实际过程中应当测量足够多的量以满足提取参数的需要。,2025/1/13 周一,94,/83,IC-CAP,界面下设定测量条件,2025/1/13 周一,95,/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。,2025/1/13 周一,96,/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。,2025/1/13 周一,97,/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。,2025/1/13 周一,98,/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。,2025/1/13 周一,99,/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。,