軟件-浙江大學(xué)信息與電子工程學(xué)院課件

2023/9/261/87第四章功率集成電路工藝和器件模擬2023/8/81/87第四章功率集成電路工藝和器件模擬2023/9/262/83主要內(nèi)容TCAD簡介TCAD仿真軟件簡介PIC工藝仿真器件仿真器件模型2023/8/82/83主要內(nèi)容TCAD簡介2023/9/263/83TCAD概念集成電路工藝和器件的計算機模擬（TechnologyCAD，簡稱TCAD），是利用組件與制程方面的計算機輔助設(shè)計與仿真軟件進行集成電路工藝和器件的“虛擬制造”。顯然它的運用可以大大縮減集成電路的研發(fā)周期和費用，從而大大提高集成電路的上市競爭力，已成為半導(dǎo)體工藝研發(fā)過程中不可或缺的工具。2023/8/83/83TCAD概念集成電路工藝和器件的計算2023/9/264/83PIC中的TCAD對于功率集成電路而言，由于涉及的器件種類繁多，而且器件參數(shù)相差很大，這就決定不能采用標(biāo)準(zhǔn)的

CMOS或Bipolar工藝制程進行制造，而研發(fā)一條全新的特殊工藝工程量是浩大的，因而這就更離不開

TCAD軟件來協(xié)助進行設(shè)計。2023/8/84/83PIC中的TCAD對于功率集成電路而2023/9/265/83TCAD簡介

TCAD作為EDA軟件的一個分支，主要分為兩部分：對制造工藝進行模擬，稱為工藝TCAD；對器件特性進行模擬，稱為器件TCAD。2023/8/85/83TCAD簡介T2023/9/266/83TCAD工藝模擬

功能：制造IC的全工序模擬模擬單類工藝或單項工藝目的：達到優(yōu)化設(shè)計IC制造工藝快速分析工藝條件對工藝結(jié)果影響2023/8/86/83TCAD工藝模擬功能：2023/9/267/83TCAD工藝模擬軟件分類

根據(jù)功能不同，主要可分為三類：一是用于模擬離子注入、氧化、擴散等以摻雜為主的狹義的工藝模擬軟件；二是用于模擬刻蝕、淀積等工藝的IC形貌模擬軟件；三是用于模擬固有的和外來的襯底材料參數(shù)或工藝條件參數(shù)的擾動對工藝結(jié)果影響的統(tǒng)計模擬軟件。2023/8/87/83TCAD工藝模擬軟件分類根據(jù)2023/9/268/83TCAD工藝模擬流程2023/8/88/83TCAD工藝模擬流程2023/9/269/83TCAD器件模擬

功能：根據(jù)器件結(jié)構(gòu)和尺寸的各種參數(shù)，模擬得到半導(dǎo)體器件特性目的：電學(xué)特性寄生參數(shù)

2023/8/89/83TCAD器件模擬功能：2023/9/2610/83TCAD器件模擬軟件分類

分類（根據(jù)器件機理不同）：PN結(jié)型器件模擬器（最常用和最成熟

）MOS型器件模擬器（最常用和最成熟

）異質(zhì)結(jié)器件模擬器TFT薄膜器件模擬器

2023/8/810/83TCAD器件模擬軟件分類分2023/9/2611/83TCAD器件模擬流程2023/8/811/83TCAD器件模擬流程2023/9/2612/83TCAD工藝、器件和電路仿真結(jié)合

2023/8/812/83TCAD工藝、器件和電路仿真結(jié)合2023/9/2613/83TCAD發(fā)展歷程（1）TCAD作為計算機模擬軟件最早可追溯至20世紀(jì)50年代；1964年，HermanCummcl和BellLab.發(fā)表了第一篇

TCAD方面的論文“SolvingtheBasicSemi-conductorEquationsontheComputerinOneDimention”；20世紀(jì)60年代中期，商品化的CAD設(shè)備開始進入發(fā)展和應(yīng)用階段；2023/8/813/83TCAD發(fā)展歷程（1）TCAD作為2023/9/2614/83TCAD發(fā)展歷程（2）20世紀(jì)60年代，著名教授WalterEngle所領(lǐng)導(dǎo)的團隊已開始進行二維仿真(twodimensionalsimulation)；1978年，斯坦福大學(xué)IC實驗室的IC工藝模擬軟件SUPREM-2成功開發(fā)并投入實用；1979年相繼開發(fā)了半導(dǎo)體器件分析軟件SEDAN-1，標(biāo)志TCAD開始進入實用階段；2023/8/814/83TCAD發(fā)展歷程（2）20世紀(jì)602023/9/2615/83TCAD發(fā)展歷程（3）在接下去二十多年內(nèi)，斯坦福大學(xué)依次推出了

SUPREM-1、SUPREM-2、SUPREM-3和SUPREM-4IC工藝模擬軟件；在器件模擬方面，相繼出現(xiàn)了MEDICI、DESSIS、

ATLAS、FLOOPS等軟件。2023/8/815/83TCAD發(fā)展歷程（3）在接下去二十2023/9/2616/83SUPREM系列SUPREM-1是SUPREM系列的第一個版本，但由于數(shù)值不穩(wěn)定和模型精度不夠，未能達到實用化階段；SUPREM-2在SUPREM-1基礎(chǔ)上進行了模型、算法等改進，成為第一個能實用的IC工藝模擬軟件；SUPREM-3和SUPREM-4的模擬功能得到進一步加強；基于SUPREM-4并經(jīng)商用化改進和包裝，SYNOPSYS公司推出了功能更強的、精度更高、更方便用戶的TSUPREM4，SILVACO公司也推出相應(yīng)的商用化軟件SSUPREM4。2023/8/816/83SUPREM系列SUPREM-1是2023/9/2617/83器件仿真系列SEDAN-1可以很好與SUPREM-2進行對接和聯(lián)用，但只能處理半導(dǎo)體器件的一維分析，應(yīng)用受到很大限制；隨著計算機硬件性能的增強和應(yīng)用軟件開發(fā)技術(shù)的不斷成熟，相繼出現(xiàn)了幾種比較優(yōu)秀和實用的二維模擬軟件，如MINIMOS-2、MEDICI等；MINIMOS-2是由奧地利維也納工業(yè)大學(xué)開發(fā)的平面MOSFET

靜態(tài)特性二維模擬程序；MEDICI則是近年來運用最廣泛的半導(dǎo)體器件二維模擬軟件，最早的版本出現(xiàn)于1992年。2023/8/817/83器件仿真系列SEDAN-1可以很好2023/9/2618/83目前形成的商用TCAD軟件TSUPREM/MEDICI軟件——AVANTI公司（已被SYNOPSYS收購）ATHENA/ATLAS軟件——SILVACO公司ISE-TCAD軟件系列——ISE公司（也已被

SYNOPSYS收購）SENTAURUS軟件包——SYNOPSYS公司2023/8/818/83目前形成的商用TCAD軟件TSUP2023/9/2619/83TSUPREM4/MEDICI軟件

TSUPREM4/MEDICI/DAVINCI軟件是AVANTI公司（已被SYNOPSYS收購）開發(fā)的用于二維工藝和器件模擬的集成軟件包：TSUPREM4用于工藝仿真；MEDICI用于二維器件仿真；DAVINCI支持三維器件仿真。2023/8/819/83TSUPREM4/MEDICI軟件2023/9/2620/83TSUPREM4用來模擬硅集成電路和離散器件制造工藝步驟的程序；模擬二維的擴散、離子注入、氧化、外延生長、刻蝕和淀積等工藝步驟，從而得到二維半導(dǎo)體器件縱剖面的雜質(zhì)摻入和再分布情況；提供結(jié)構(gòu)中各材料層的邊界、每層的雜質(zhì)分布以及氧化

/熱循環(huán)/薄膜淀積產(chǎn)生的應(yīng)力等等。2023/8/820/83TSUPREM4用來模擬硅集成電路2023/9/2621/83TSUPREM4仿真圖形2023/8/821/83TSUPREM4仿真圖形2023/9/2622/83MEDICI用于MOS、bipolar或其他各種類型晶體管的行為級仿真的工具，它可以模擬一個器件內(nèi)部的電勢和載流子二維分布，從而預(yù)測任意偏置下的器件電特性；主要通過解Poisson和電子/空穴連續(xù)性以及其他半導(dǎo)體方程，分析各種晶體管載流子效應(yīng)（如載流子加熱、閂鎖、速度過沖等），從而分析這些效應(yīng)對器件特性的影響；為了更好與電路結(jié)合，MEDICI還可以研究器件的瞬態(tài)特性。2023/8/822/83MEDICI用于MOS、bipo2023/9/2623/83MEDICI

輸入三種方式：來自本身的解析函數(shù)；來自TSUPREM4的輸出；包含摻雜分布信息的文本文件。2023/8/823/83MEDICI輸入三種方式2023/9/2624/83MEDICI仿真圖形NMOS2023/8/824/83MEDICI仿真圖形NMOS2023/9/2625/83DAVINCI是一個MOS、Bipolar或其他各種類型的晶體管的行為級仿真工具，不同之處在于它是三維分析工具；可以模擬一個器件內(nèi)部的電勢和載流子三維分布，可以預(yù)測任意偏置下的器件電特性；還可以分析瞬態(tài)工作狀態(tài)下的器件特性。2023/8/825/83DAVINCI是一個MOS、Bi2023/9/2626/83ISE-TCAD軟件工藝和器件仿真工具ISE-TCAD是瑞士ISE(IntegratedSystemsEngineering)公司開發(fā)的DFM（DesignForManufacturing）軟件，是一種建立在物理基礎(chǔ)上的數(shù)值仿真工具，其產(chǎn)品包括完整的工藝及器件模擬工具。它可以仿真?zhèn)鹘y(tǒng)半導(dǎo)體工藝流程和相應(yīng)器件，而且對于各種新興及特殊器件（如深亞微米器件、絕緣硅SOI、SiGe、功率器件、高壓器件、異質(zhì)結(jié)、光電器件、量子器件及納米器件等）也可以進行仿真模擬。2023/8/826/83ISE-TCAD軟件工藝和器件仿真2023/9/2627/83ISE-TCAD軟件平臺平臺工具——GENESISe工藝仿真工具——DIOS器件結(jié)構(gòu)生成工具——MDRAW（2D）和DEVISE（3D）器件模擬工具——DESSIS電磁分析工具——EMLAB曲線顯示和分析工具——INSPECT等等‥‥‥2023/8/827/83ISE-TCAD軟件平臺平臺工具—2023/9/2628/83GENESISeISE-TCAD模擬工具的用戶圖形主界面，為設(shè)計、組織和運行TCAD模擬項目提供一個良好的平臺；通過GENESISe可以將眾多工具良好銜接起來，然后自動執(zhí)行參數(shù)化的模擬項目，從而免除了用戶進行命令行輸入等繁瑣步驟。2023/8/828/83GENESISeISE-TCAD2023/9/2629/83GENESISe2023/8/829/83GENESISe2023/9/2630/83DIOS半導(dǎo)體工藝仿真工具；能仿真完整的一維和二維的制造工藝過程，如刻蝕、淀積、離子注入、擴散和氧化，DIOS部分功能還支持三維仿真；主要包括一維和二維蒙特卡羅Crystal-Trim仿真器和三維蒙特卡羅MCimpl仿真器界面，機械效應(yīng)如壓力、流動和熱擴張等也可被包含在仿真過程中。2023/8/830/83DIOS半導(dǎo)體工藝仿真工具；2023/9/2631/83DIOS仿真圖形2023/8/831/83DIOS仿真圖形2023/9/2632/83MDRAW器件結(jié)構(gòu)生成工具；提供靈活的二維器件邊界編輯、摻雜、細化定義；它采用DF-ISE數(shù)據(jù)格式和其他ISE-TCAD工具通信。二維網(wǎng)格生成器被集成在MDRAW工具中，因而不需要輸入文件和輸出文件；MDRAW還提供一個Tcl語法的腳本語言，用戶不通過圖形交互界面也可以生成器件結(jié)構(gòu)。2023/8/832/83MDRAW器件結(jié)構(gòu)生成工具；2023/9/2633/83MDRAW2023/8/833/83MDRAW2023/9/2634/83DEVISE器件結(jié)構(gòu)生成工具；DEVISE既是二維和三維器件編輯器，也是三維工藝模擬器，其中二維和三維器件編輯器的模式包括幾何模型生成、擴散、細化定義以及網(wǎng)格生成；2023/8/834/83DEVISE器件結(jié)構(gòu)生成工具；2023/9/2635/83DEVISE2023/8/835/83DEVISE2023/9/2636/83DESSIS多維、電熱、混合器件和電路的仿真器，它支持一維、二維、三維的半導(dǎo)體器件；能模擬從深亞微米硅MOSFET到大功率Bipolar

管的絕大多數(shù)類型半導(dǎo)體器件；還支持SiC和III-V化合物以及異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的器件。2023/8/836/83DESSIS多維、電熱、混合器件2023/9/2637/83DESSIS2023/8/837/83DESSIS2023/9/2638/83DESSIS2023/8/838/83DESSIS2023/9/2639/83ATHENA/ATLAS軟件ATHENA/ATLAS軟件是SILVACO公司提供的一套完備模擬半導(dǎo)體工藝、器件和自動化設(shè)計流程軟件，可用于CMOS、BiCMOS、SiGe和化合物半導(dǎo)體材料等的工藝和器件仿真。2023/8/839/83ATHENA/ATLAS軟件2023/9/2640/83ATHENA

一套具有標(biāo)準(zhǔn)組件以及可拓展性的一維和二維制程模擬器，可用于硅或其它材料的工藝開發(fā)。

ATHENA由四套主要的工具組成，包括SSUPREM4、FLASH、OPTOLITH和ELITE工具。2023/8/840/83ATHENA一2023/9/2641/83ATHENA功能SSUPREM4用于模擬硅工藝的注入、擴散、氧化和硅化物；FLASH用于模擬先進材料工藝的注入、激活和擴散；OPTOLITH用于光刻模擬；ELITE用于topography模擬。2023/8/841/83ATHENA功能SSUPREM4用2023/9/2642/83

ATLASATLAS是一套通用的、具有標(biāo)準(zhǔn)組件以及可拓展性的一維和二維器件模擬器。ATLAS適用所有的半導(dǎo)體工藝器件模擬。它主要包括S-Pisces和BLAZE兩個模擬器。

ATLAS結(jié)果輸入到UTMOST可以進行SPICE參數(shù)提取。2023/8/842/83

ATLASA2023/9/2643/83ATLAS功能S-Pisces用于硅器件模擬；BLAZE模擬先進材料（III-V、II-VI和混合技術(shù)）構(gòu)成的器件和復(fù)雜的構(gòu)造。2023/8/843/83ATLAS功能S-Pisces用于2023/9/2644/83PIC工藝模擬工藝模型工藝模擬和舉例2023/8/844/83PIC工藝模擬工藝模型2023/9/2645/83工藝模擬主要完成IC工藝涉及到的擴散、離子注入、氧化等工藝步驟的模擬，因而所采用的模型基本集中在這些區(qū)域；采用的模型主要有雜質(zhì)擴散模型、離子注入模型、氧化模型以及其他一些工藝模型。2023/8/845/83工藝模擬主要完成IC工藝涉及到的擴2023/9/2646/83擴散模型

受擴散系數(shù)、雜質(zhì)電場、點缺陷和載流子密度影響，擴散表達式是非線性性的。在擴散計算時，將擴散時間分割成一系列很短的時間Δt之和，然后分別對Δt時間進行求解。n是結(jié)構(gòu)所有節(jié)點數(shù)Cij是節(jié)點（i,j）濃度，ΔCij是Cij的估計誤差2023/8/846/83擴散模型受擴散系數(shù)2023/9/2647/83擴散相關(guān)其他模型為了更精確的模擬擴散分布，在擴散過程中還采用一系列模型，如擴散率模型、點缺陷（空位和間隙）模型、點缺陷的注入和再復(fù)合模型、空隙聚集模型等等。2023/8/847/83擴散相關(guān)其他模型為了更精確的模擬擴2023/9/2648/83離子注入模型

雜質(zhì)離子注入的模型有兩種：解析離子注入模型蒙特卡羅離子注入模型2023/8/848/83離子注入模型雜質(zhì)離子注入的模2023/9/2649/83解析離子注入模型

利用離子注入數(shù)據(jù)文件中的分布矩的Gaussian

或Pearson函數(shù)模擬雜質(zhì)和缺陷分布。2023/8/849/83解析離子注入模型2023/9/2650/83解析離子注入其他相關(guān)模型在實際過程中，為了精確離子注入分布，解析離子注入模型還包含有同注入劑量有關(guān)的注入分布模型、雙Pearson分布、晶圓片的傾斜和轉(zhuǎn)動對注入分布影響、多次注入的有效射程模型和劑量匹配、與縱深相關(guān)的橫向分布模型、BF2注入模型、解析注入損傷模型。2023/8/850/83解析離子注入其他相關(guān)模型在實際過程2023/9/2651/83蒙特卡羅離子注入模型TSUPREM4處理離子注入的另一個復(fù)雜模型，它包含計算晶體硅的模型以及針對硅和材料的無定性模型。該模型能模擬注入時晶體硅向無定形硅的轉(zhuǎn)變。該模型還包括反射離子對注入分布影響、注入時所產(chǎn)生的損傷（空位和間隙類）和硅襯底的損傷自退火等。2023/8/851/83蒙特卡羅離子注入模型TSUPRE2023/9/2652/83蒙特卡羅離子注入模型

蒙特卡羅離子注入模型對于檢測一系列的依賴關(guān)系，而這卻是經(jīng)驗?zāi)Ｐ退狈Φ?。它能檢測傾斜和轉(zhuǎn)動角度、劑量影響、注入溫度以及低能量注入等因素對最終離子注入分布的影響。它可以模擬反射離子對注入分布影響的模型。2023/8/852/83蒙特卡羅離子注入模型2023/9/2653/83氧化模型氧化一般發(fā)生在暴露的硅或多晶硅區(qū)域表面。在

TSUPREM4中，氧化一共采用5種氧化模型，這些模型都是基于一維Deal和Grove理論發(fā)展而來的，存在的區(qū)別主要它們將一維Deal和Grove理論發(fā)展到二維空間。2023/8/853/83氧化模型氧化一般發(fā)生在暴露的硅或多2023/9/2654/83氧化模型解析氧化模型數(shù)字氧化模型2023/8/854/83氧化模型解析氧化模型2023/9/2655/83解析氧化模型解析氧化模型有ERFC和ERFG兩種，兩者的區(qū)別在于生長速度依賴離光刻版邊的x坐標(biāo)距離。ERFC模型適用于精確的一維模擬，支持平面或近似平面結(jié)構(gòu)的局部氧化。它是最快的氧化模型，但不適用于多晶硅的氧化；ERFG模型適用于氮化物光刻的復(fù)雜解析氧化模型，它包含有

ERF1和ERF2兩個模型。ERFG模型能提供一個平面結(jié)構(gòu)的快速解析氧化模擬。ERFG模型具有ERFC模型的所有限制和缺點。在使用之前，它需要在初始結(jié)構(gòu)上添加很多約束條件和參數(shù)，因而也很少運用于實際中。2023/8/855/83解析氧化模型解析氧化模型有ERFC2023/9/2656/83數(shù)值氧化模型

通過解方程從而得到氧化層/硅界面任意點的生長速度，可以精確模擬任意結(jié)構(gòu)的氧化過程。數(shù)值氧化模型的不同主要在于計算氧化劑流動方程的方法不同。目前有：VERTICALCOMPRESSVISCOUSVISCOELA數(shù)值氧化模型2023/8/856/83數(shù)值氧化模型通過解方2023/9/2657/83VERTICAL最簡單且運行速度最快的數(shù)值氧化模型；適用于具有任意初始氧化層厚的均勻氧化以及初始結(jié)構(gòu)接近平面的局部氧化；不適用于全隱蔽、溝槽和其他非平面結(jié)構(gòu)，也不能適用于多晶硅氧化。2023/8/857/83VERTICAL最簡單且運行速度最2023/9/2658/83COMPRESS能仿真氧化時的粘滯流動，用線性有限元（3節(jié)點）計算二維氧化的粘滯流動，適用于平面結(jié)構(gòu)、小量氧化化層生長且確切氧化層形狀細節(jié)不很關(guān)心的情況下；不能用于計算應(yīng)力的精確值以及應(yīng)力對氧化的影響；它比VERTICAL模型要慢，而且需要大容量存儲器。2023/8/858/83COMPRESS能仿真氧化時的粘滯2023/9/2659/83VISCOUS能模擬氧化時的粘滯流動，采用7節(jié)點有限元計算，其中應(yīng)力值也可計算；相比VISCOELA模型，VISCOUS模型比較陳舊；當(dāng)粘滯度遠遠小于Young模數(shù)時，VISCOUS模型比

VISCOELA模型精確，而且一旦計算應(yīng)力運行速度將會大大減慢。2023/8/859/83VISCOUS能模擬氧化時的粘滯流2023/9/2660/83VISCOELA模擬氧化時的粘滯彈性流動，采用3節(jié)點有限元計算。它適用于仿真氧化層形狀細節(jié)很重要且應(yīng)力值必須的情況下；它的速度比COMPRESS模型慢，在不考慮應(yīng)力情況下，VISCOELA模型也并沒有更多的精度；它比VISCOUS模型要快，特別在考慮應(yīng)力情況下，適合于在很短仿真時間內(nèi)得到近似的氧化形狀。2023/8/860/83VISCOELA模擬氧化時的粘滯彈2023/9/2661/83工藝仿真和所有的軟件一樣，使用工藝仿真軟件之前，我們首先來了解一下它的功能以及所采用的各種工藝模型，掌握硅工藝模擬所需要的襯底材料參數(shù)、工藝條件參數(shù)以及工藝步驟。根據(jù)使用手冊寫好一個滿足需求的源文件。只有這樣，采用順利地得到所需要的模擬結(jié)果。2023/8/861/83工藝仿真和所有的軟件一樣，使用工藝2023/9/2662/83工藝仿真文件

一般包括5部分：標(biāo)題及說明創(chuàng)建一個仿真用的好的網(wǎng)格進行等型淀積和幾何刻蝕進行氧化，離子注入和退火存儲和載入結(jié)構(gòu)信息2023/8/862/83工藝仿真文件一般包括5部分2023/9/2663/83工藝仿真舉例2023/8/863/83工藝仿真舉例2023/9/2664/83工藝仿真舉例2023/8/864/83工藝仿真舉例2023/9/2665/83器件仿真器件模擬理論器件模擬和舉例2023/8/865/83器件仿真器件模擬理論2023/9/2666/83計算方法Poisson方程電子和空穴的連續(xù)性方程電子和空穴的輸運方程電子和空穴的能量平衡方程2023/8/866/83計算方法Poisson方程2023/9/2667/83Poisson方程ψ為本征費米勢ε為電容率

ND+和NA－分別是離化的施主和受主濃度ρS是表面電荷密度半導(dǎo)體器件的電行為被Poisson方程所控制:2023/8/867/83Poisson方程ψ為本征費米勢半2023/9/2668/83電子和空穴的連續(xù)性方程Un和Up分別為電子和空穴的凈復(fù)合率Jn和Jp分別是電子和空穴的電流密度2023/8/868/83電子和空穴的連續(xù)性方程Un和Up分2023/9/2669/83電子和空穴的輸運方程μn和μp分別為電子和空穴的遷移率

Dn和Dp為電子和空穴的擴散率2023/8/869/83電子和空穴的輸運方程μn和μp分別2023/9/2670/83物理模型

為了精確模擬器件特性，在進行方程求解過程中，采用了很多較為精確的物理模型，包括:載流子復(fù)合模型載流子壽命模型禁帶模型遷移率模型以及其他一些模型2023/8/870/83物理模型為了精確模2023/9/2671/83復(fù)合和壽命模型SRH(陷阱引起的復(fù)合)Auger和直接復(fù)合模型表面復(fù)合模型壽命同雜質(zhì)濃度/點陣溫度的相關(guān)性模型復(fù)合和壽命同電場的相關(guān)性模型等2023/8/871/83復(fù)合和壽命模型SRH(陷阱引起的2023/9/2672/83載流子復(fù)合率

電子和空穴連續(xù)性方程中的載流子凈復(fù)合率：

U=Un=Up=USRH+UAuger+Udir2023/8/872/83載流子復(fù)合率電子和空穴連續(xù)性2023/9/2673/83遷移率模型在遷移率模型方面，載流子遷移率μn和μp在輸運過程中會受到各種物理機理影響，同樣需要多種遷移率模型供用戶選擇。這些模型的名稱、定義以及具體內(nèi)容在Manual里面有很詳細的描述，它涵蓋了遷移率隨溫度、摻雜濃度、載流子散射、橫向電場、平行電場、強電場、速度飽和和應(yīng)力等因素所帶來的變化，適用于絕大多數(shù)半導(dǎo)體材料和器件。為了更好的分辨這些遷移率模型，按照對電場的依賴關(guān)系，可分為低電場、橫向電場和平行電場這三類。2023/8/873/83遷移率模型在遷移率模型方面，載流子2023/9/2674/83遷移率模型及其應(yīng)用范圍模型低電場橫向電場平行電場注釋CCSMOB載流子－載流子散射模型CONMOB載流子遷移率隨雜質(zhì)濃度變化的列表模型ANALYTIC載流子遷移率隨雜質(zhì)濃度和溫度變化的表達式模型PHUMOB載流子－載流子散射，不同施主和受主散射，適用于雙極性器件的少子遷移率2023/8/874/83遷移率模型及其應(yīng)用范圍模型低電場橫2023/9/2675/83遷移率模型及其應(yīng)用范圍模型低電場橫向電場平行電場注釋LSMMOSLombarbi遷移率模型，結(jié)合半導(dǎo)體－絕緣體界面和體硅遷移率表達式模型GMCMOBGeneralizedMobilityCurve遷移率模型SRFMOB基于有效電場的表面遷移率模型，計算半導(dǎo)體－絕緣體表面處的載流子遷移率SRFMOB2增強的表面遷移率模型，增加聲子散射、表面粗糙度散射和帶電雜質(zhì)散射UNIMOB用于MOSFET反型層的UniversalMobility模型2023/8/875/83遷移率模型及其應(yīng)用范圍模型低電場橫2023/9/2676/83遷移率模型及其應(yīng)用范圍模型低電場橫向電場平行電場注釋PRPMOB垂直電場遷移率模型，考慮垂直電場對遷移率的影響TFLDMOB橫向電場遷移率模型，基于UniversityofTexas遷移率模型FLDMOB考慮平行電場分量的遷移率模型，計入載流子加熱和速度飽和效應(yīng)HPMOB同時考慮平行和垂直電場影響的載流子模型2023/8/876/83遷移率模型及其應(yīng)用范圍模型低電場橫2023/9/2677/83模型選擇注意點每類模型中只能選一種跨類模型不能和其他模型交疊2023/8/877/83模型選擇注意點每類模型中只能選一種2023/9/2678/83PIC器件模擬時采用模型

在功率集成電路中，由于涉及到高壓、大電流以及熱等諸多問題，在器件仿真時需要慎重選擇合適的物理模型，如：仿真器件的IV特性時可采用CONSRH模型仿真器件的擊穿電壓特性則需要增加如AUGER、

IMPACT.I等模型2023/8/878/83PIC器件模擬時采用模型2023/9/2679/83器件仿真舉例2023/8/879/83器件仿真舉例2023/9/2680/83器件仿真舉例2023/8/880/83器件仿真舉例2023/9/2681/83器件仿真舉例器件結(jié)構(gòu)2023/8/881/83器件仿真舉例器件結(jié)構(gòu)2023/9/2682/83器件仿真舉例擊穿特性曲線2023/8/882/83器件仿真舉例擊穿特性曲線2023/9/2683/83器件仿真舉例等勢線分布2023/8/883/83器件仿真舉例等勢線分布2023/9/2684/83工藝仿真舉例一SilvacoATHENA器件仿真例子2023/8/884/83工藝仿真舉例一SilvacoAT2023/9/2685/83器件模型

作為IC設(shè)計與IC產(chǎn)品功能和性能聯(lián)系起來的紐帶，器件模型的精度要求也越來越高。如何建立一個高精度的器件模型已經(jīng)成為當(dāng)今CAD軟件的首要任務(wù)，這也是現(xiàn)今國際上研究的重點和熱點。對于功率集成電路而言，高精度的功率器件模型也是PIC設(shè)計成功與否的關(guān)鍵。2023/8/885/83器件模型作為IC2023/9/2686/83功率器件模型簡介

器件模型是連接IC工藝生產(chǎn)和IC設(shè)計之間的橋梁，是電路設(shè)計能否成功的最基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。隨著時代發(fā)展和計算機更新，出現(xiàn)了一系列不同的器件模型，其中比較有代表性的有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MEXTRAM503模型等。這些模型基本集中在低壓器件領(lǐng)域，針對功率和高壓器件的模型寥寥無幾。2023/8/886/83功率器件模型簡介2023/9/2687/83功率器件模型

目前功率器件模型的建立主要通過兩種方式：一種通過反應(yīng)器件物理特性方程的物理方法或根據(jù)器件的輸入輸出特性的黑箱方法來建立另一種方法是以仿真軟件中現(xiàn)有的器件模型為基礎(chǔ)來構(gòu)造新器件模型2023/8/887/83功率器件模型目前2023/9/2688/83功率器件模型

對于功率器件而言，現(xiàn)在國內(nèi)外普遍采用的功率器件建模方法是宏模型（MacroModel）的方法。用SPICE中已定義的基本物理模型來組合描述復(fù)雜器件或新型電子器件的等效電路，并將等效電路作為新型電子器件的SPICE仿真模型。2023/8/888/83功率器件模型對2023/9/2689/83IC-CAPIC-CAP（集成電路特性和分析程序）是一種器件建模軟件，主要為半導(dǎo)體建模提供強大的表征和分析能力。

IC-CAP軟件為器件設(shè)計師提供滿足各種建模需要的現(xiàn)代建模工具，包括儀器控制、數(shù)據(jù)采集、參數(shù)提取、圖形分析、仿真、優(yōu)化和統(tǒng)計分析。所有這些能力都組合在一個靈活、自動和直觀的軟件環(huán)境中，以用于有源器件和電路模型參數(shù)的有效和精確提取。2023/8/889/83IC-CAPI2023/9/2690/83IC-CAP平臺2023/8/890/83IC-CAP平臺2023/9/2691/83IC-CAP用戶界面2023/8/891/83IC-CAP用戶界面2023/9/2692/83模型參數(shù)提取流程（1）選擇合適（MOSFET、BJT等）的模型

根據(jù)元器件結(jié)構(gòu)和特性不同，選取標(biāo)準(zhǔn)模型、改進模型或是自己開發(fā)模型等。（2）DC、CV和RF測量（或者DC、CV和RF仿真）器件的電學(xué)特性可以從兩種途徑得到，一種是直接對元器件進行測量，另一種就是利用半導(dǎo)體器件仿真進行電學(xué)特性仿真。2023/8/892/83模型參數(shù)提取流程（1）選擇合適（2023/9/2693/83元器件參數(shù)測量

對于一個元器件而言，大信號特性、小信號特性以及高頻/射頻特性都是完全不一樣的，所以在建立元器件模型過程中，測試參數(shù)也基本必須包括DC、IV（直流電流電壓）以及RF高頻S參數(shù)。利