半導(dǎo)體器件工藝課程設(shè)計

1、 2016年半導(dǎo)體器件與工藝課程設(shè)計設(shè)計報告項目名稱 SRAM讀寫特性設(shè)計參 與 者 姜云飛 黃思賢 牛永文所在學(xué)院 電子科學(xué)與應(yīng)用物理學(xué)院專業(yè)年級 電子科學(xué)與技術(shù)13-1班指導(dǎo)教師 宣曉峰報告人 牛永文 時 間 2016.6 一、 課程設(shè)計的內(nèi)容與題目要求1、 內(nèi)容設(shè)計一個SRAM與非門，分析其讀寫特性。SRAM結(jié)構(gòu)2、 題目要求 1） MDRAW工具分別設(shè)計一個柵長為0.18的NMOS，在MDRAW下對器件必要的位置進行網(wǎng)格加密；2） 先通過dessis模擬確定NMOS的轉(zhuǎn)移特性，確定器件結(jié)構(gòu)、摻雜及閾值電壓等無錯誤。3） 再根據(jù)設(shè)計目標，確定SRAM的網(wǎng)表，其負載電容取3e-13F（模擬

2、在位線負載電容等）；4） 編制dessis模擬程序，在模擬程序中設(shè)定SRAM中各組件的連接，分析此器件的讀寫特性；5） 應(yīng)用INSPECT工具對比輸入信號、輸出信號和電流信號，查看其性能；6） 調(diào)節(jié)電路設(shè)計以及NMOS的結(jié)構(gòu)（柵寬、柵氧厚度、摻雜等），優(yōu)化其讀寫速度。二、 課程設(shè)計的工藝流程1、 器件構(gòu)建運用MDRAW工具設(shè)計一個柵長為0.18的NMOS管(如圖1.1) 圖 1.12、 器件摻雜運用MDRAW對設(shè)計好的NMOS進行摻雜（如圖1.2和圖.3） 圖 1.2 圖1.33、 網(wǎng)絡(luò)生成摻雜完成后，點擊MeshBuild Mesh，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)（如圖1.4） 圖 1.4三、 課程設(shè)計的仿真結(jié)果

3、1、 dessis模擬NMOS管的特性1） dessis程序的編寫FileGrid=”Nmos2_mdr.grd”Doping=”Nmos2_mdr.dat”Plot=”nmos_des.dat”Current=”nmos_des.plt”O(jiān)utput=”nmos_des.log”ElectrodeName=”source”Voltage=0.0Name=”drain”Voltage=0.1Name=”gate”Voltage=0.0 Barrier=-0.55Name=”s”Voltage=0.0PloteDensity hDensity eCurrent hCurrentPotential

4、 SpaceCharge ElectricFieldeMobility hMobility eVelocity hVelocityDoping DonorConcebtrationAcceptorConcentrationPhysicsMobility (DopingDep HighFieldSat Enormal)EffectivelntrinsicDensity(BandGapNarrowing(OldSlotboom)MathExtrapolateRelErrControlSolvePoissonCoupledPoisson ElectronQuasistatioonary(Maxste

5、p=0.05Goalname=”gate” voltage=2.0)CoupledPoisson Electron2） Inspect得出器件轉(zhuǎn)移特性曲線INSPECT得出NMOS器件的轉(zhuǎn)移特性曲線（如圖1.4），并提取出開啟電壓Vt 圖 1.42、 dessis模擬SRAM的特性1） SRAM的dessis程序編寫SRAM的dessis讀特性程序：Device NMOSElectrodeName=”source” Voltage=0.0 Area=5Name=”drain” Voltage=0.0 Area=5Name=”gate” Voltage=0.0 Area=5 Barrier=-0

6、.55Name=”s” Voltage=0.0 Area=5FileGrid=”Nmos2_mdr.grd”Doping=”Nmos2_mdr.dat”Plot=”nmos_des.dat”Current=”nmos_des.plt”PhysicsMobility(DopingDep HighFieldSaturation Enormal)EffectivelntrinsicDensity(BandGapNarrowing (OldSlotboom)SystemVsource_pset V0(n2 n6)pwl=(0.0e+00 0.0)1.0e-11 0.01.5e-11 2.510.0e-

7、11 2.510.5e-11 0.020.0e-11 0.0)NMOS nmos“source”=n1 “drain”=n3 “gate”=n2 “s”=n6NMOS nmos1“source”=n6“drain”=n3 “gate”=n5 “s”=n6NMOS nmos2“source”=n6“drain”=n5 “gate”=n3 “s”=n6NMOS nmos3“source”=n7“drain”=n5 “gate”=n2 “s”=n6Capacitor_pset c1(n1 n6)capacitance=3e-14Capacitor_pset c2(n7 n6)capacitance=

8、3e-14Resistor_pset r1(n4 n3)resistance=100000Resistor_pset r2(n4 n5)resistance=100000Set(n1=1.4)Set(n7=1.4)Set(n4=2.5)Set(n6=0)Set(n5=2)Set(n3=0Plot”sram_node.plt”(time() n1 n2 n3 n4 n5 n6 n7)FileCurrent=”inv”O(jiān)utput=”inv”PloteDensity hDensity eCurrent hCurrentElectricField eEnormal hEnormaleQuaslFem

9、i hQuasiFermiPotential Doping SpaceChargeDonorConcentration AcceptorConcentrationMathExtrapolateRelErrControlNotdamped=50Iterations=12NoCheck TransientErrorSolveCoupledPoissonCoupledPoisson Electron HoleCoupledPoisson Electron Hole cintact circuitUnset(n7)Unset(n1)Transient(InitialTime=0 FinalTime=2

10、0e-11InitialStep=2e-13 MaxStep=2e-12 MinStep=2e-16Increment=1.3)CoupledNmos1.poisson nmos1.electron nmos1.contactNmos2.poisson nmos2.electron nmos2contactNmos3.poisson nmos3.electron nmos3.contactNmos.poisson nmos.electron nmos.contact circuitSRAM的dessis寫特性程序：Device NMOSElectrodeName=”source” Voltag

11、e=0.0 Area=5Name=”drain” Voltage=0.0 Area=5Name=”gate” Voltage=0.0 Area=5 Barrier=-0.55Name=”s” Voltage=0.0 Area=5FileGrid=”Nmos2_mdr.grd”Doping=”Nmos2_mdr.dat”Plot=”nmos_des.dat”Current=”nmos_des.plt”PhysicsMobility(DopingDep HighFieldSaturation Enormal)EffectivelntrinsicDensity(BandGapNarrowing (O

12、ldSlotboom)SystemVsource_pset V0(n2 n6)pwl=(0.0e+00 0.0)1.0e-11 0.01.5e-11 2.510.0e-11 2.510.5e-11 0.020.0e-11 0.0)NMOS nmos“source”=n1 “drain”=n3 “gate”=n2 “s”=n6NMOS nmos1“source”=n6“drain”=n3 “gate”=n5 “s”=n6NMOS nmos2“source”=n6“drain”=n5 “gate”=n3 “s”=n6NMOS nmos3“source”=n7“drain”=n5 “gate”=n2

13、 “s”=n6Capacitor_pset c1(n1 n6)capacitance=3e-14Capacitor_pset c2(n7 n6)capacitance=3e-14Resistor_pset r1(n4 n3)resistance=100000Resistor_pset r2(n4 n5)resistance=100000Set(n1=2)Set(n7=0)Set(n4=2.5)Set(n6=0)Set(n5=2)Set(n3=0Plot”sram_node.plt”(time() n1 n2 n3 n4 n5 n6 n7)FileCurrent=”inv”O(jiān)utput=”inv

14、”PloteDensity hDensity eCurrent hCurrentElectricField eEnormal hEnormaleQuaslFemi hQuasiFermiPotential Doping SpaceChargeDonorConcentration AcceptorConcentrationMathExtrapolateRelErrControlNotdamped=50Iterations=12NoCheck TransientErrorSolveCoupledPoissonCoupledPoisson Electron HoleCoupledPoisson El

15、ectron Hole cintact circuitUnset(n5)Transient(InitialTime=0 FinalTime=20e-11InitialStep=2e-13 MaxStep=2e-12 MinStep=2e-16Increment=1.3)Couplednmos1.poisson nmos1.electron nmos1.contactnmos2.poisson nmos2.electron nmos2contactnmos3.poisson nmos3.electron nmos3.contactnmos.poisson nmos.electron nmos.c

16、ontact circuit2） Inspect得出SRAM的轉(zhuǎn)移特性曲線SRAM的讀特性曲線（如圖1.5） 圖1.5SRAM的寫特性曲線（如圖1.6） 圖 1.63） 優(yōu)化后最終得出的inspect的SRAM轉(zhuǎn)移特性曲線SRAM的讀特性曲線（圖1.7） 圖 1.7SRAM的寫特性曲線（圖1.8） 圖 1.8四、 課程設(shè)計心得體會在這次課設(shè)中我們學(xué)習(xí)了tcad器件模擬軟件中的mdraw器件繪制摻雜，dessis軟件中的程序編輯與仿真，以及inspect軟件中的器件特性分析。在這一過程中，我們遇到了各種各樣的問題，從軟件的全英文環(huán)境的熟悉，到軟件功能模塊的一個一個學(xué)習(xí)，再到繪制NMOS管中的尺寸設(shè)置和摻雜調(diào)整，更大的困難是dessis程序的編寫和調(diào)試，因為從來沒有見過這種語言，只能根據(jù)以前對語言的一點了解來一點