随着vDS的增大,靠近漏极的沟道越来越薄,当vDS增加到使VGD=vGS-vDS=VT(或vDS=vGS-VT)时,沟道在漏极一端出现预夹断,如图2(b)所示。
再继续增大vDS,夹断点将向源极方向移动,如图2(c)所示。
由于vDS的增加部分几乎全部降落在夹断区,故iD几乎不随vDS增大而增加,管子进入饱和区,iD几乎仅由vGS决定。
第三章NMOS工艺、器件仿真流程
3.1工艺仿真流程
(1)创建一个初始结构
(2)定义初始衬底参数
(3)运行ATHENA
(4)工艺步骤
(5)抽取特性
(6)结构操作
(7)Tonyplot显示
3.2参数不同时工艺和器件结果分析
1.分析不同阱浓度时方块电阻、结深等的变化
阱的浓度分别为8e10cm-2、8e12cm-2、8e14cm-2
#p-wellimplant
implantborondose=8e12energy=100pears
2.改变阱浓度所得器件结构及曲线
3.21图改变阱浓度所得器件结构及曲线
参数
条件
器件剖面图
栅极特性曲线
输出I—V特性
8e10cm-2
8e12cm-2
8e14cm-2
提取的参数
参数
条件
结深Xj/(um)
N++区方
块电阻
1dd区方
块电阻
沟道表面浓度
Vth
8e10cm-2
0.470241
28.6844
1694.31
2.35675e18
0.338091
8e12cm-2
0.175358
28.8851
2161.12
3.96014e18
0.594262
8e14cm-2
0.091029
29.8586
10656
1.94421e18
2.85095
3.22表提取的参数
根据图表3.21、3.22得,当阱浓度增加时结深而越来越小,N++区方块电阻缓慢增加,LDD区方块电阻快速增加,沟道表面浓度先增加后减小,阈值电压增加。
8e10cm-2到8e12cm-2栅极特性曲线,I---V特性曲线变化不大,缓慢增加,而增加到8e14cm-2是变化很大。
3.改变栅氧化层厚度对阈值电压的影响
#gateoxidegrownhere:
-
diffustime=11temp=925dryo2press=1.00hcl=3
Time分别改为61112
提取参数
参数
条件
time
结深Xj/(um)
N++区方块电阻
1dd区方
块电阻
沟道表面浓度
Vth
6
0.181405
29.3166
2044.89
3.96374e16
0.390134
11
0.175358
28.8851
2161.12
3.96014e16
0.594262
12
0.174259
28.7879
2175.06
3.98136e16
0.630866
3.31表提取参数
参数
条件
器件剖面图
栅极特性曲线
输出的I-V特性
Time6
Time11
Time12
3.32图改变源/漏浓度所得的器件结构及曲线
根据图表3.31、3.32得:
结深、1dd区方块电阻、Vth、沟道表面浓度都随着时间的增加而缓慢增加,而N++去方块电阻随时间的增加而减小。
栅极特性曲线、I---V特性曲线随时间增加变化不大。
4、改变调整阈值电压的注入浓度的影响
#vtadjustimplant(
implantborondose=9.5e11energy=10pearson
阈值电压调整的注入剂量分别为9.5e99.5e119.5e13
3.41图改变阈值电压调整注入浓度所得的器件结构及曲线
参数
条件
器件剖面图
栅极特性曲线
输出的I-V特性
9.5e9
9.5e11
9.5e13
3.42表提取参数
参数
条件
time
结深
Xj/(um)
N++区方块电阻
1dd区方
块电阻
沟道表面浓度
Vth
9.5e9
0.091052
29.8542
10258.3
1.9108e18
2.82003
9.5e11
0.091029
29.8586
10656
1.94421e18
2.85095
9.5e13
0.089097
30.3583
1.20e11
6.44417e18
4.69053
根据图表3.41、3.42得当阈值电压调整的注入剂量为9e13是输出I---V特性曲线失真,不起作用;同时,提取的参数变化太大,所以也不起作用。
结深随阈值电压调整的注入剂量的增加而减小,N++区方块电阻、ldd区方块电阻、沟道表面浓度、阈值电压随阈值电压调整的注入剂量的增加而增加。
第四章实训总结
在这次的实训中,学到了一种新的仿真软件,通过老师给我们的SilvacoTCAD软件和SilvacoTCAD_WIN版学习资料,进行了预习,对SilvacoTCAD的基本操作流程有了一定的了解,并最后自己动手完成后知道怎样画mos版图,
本次实训最大的收获是掌握了NMOS晶体管的基本工艺流程,要利用软件对其进行仿真,首先要做的是工艺仿真,然后是器件仿真,最后修改工艺参数,看看有哪些变量对实验结果影响比较大。
在实训中也遇到许多困难,特别刚拿到资料时对这个软件很陌生,完全不知道该如何下手。
实训过程中抽取的参数怎么也提不出来,同学之家然后就互相讨论互相研究,一起熟悉原程序并且掌握它的要领,最后终于改出来了,得到了数据以及图形,做出来的感觉甚是欢喜。
这次的实训不仅让我学到了知识,还懂得了做事不能马虎,特别是在做实验仿真这块,心急吃不了热豆腐,只有一丝不苟,认真了解规则并且亲手操作,才能领悟到实验的乐趣以及得到成功的喜悦。
同学之间团结合作,共同探讨,也是一种有效的学习方法。
总之,这次的实训我学会了好多。
参考文献:
1.SilvacoTCAD_WIN版学习资料
2.XX文库(
3.南通大学实验报告册
4.半导体仿真工具SilvacoTCAD学习资料
附录:
原程序
goathena#启动仿真器
##定义网格
linexloc=0.0spac=0.1
linexloc=0.2spac=0.006
linexloc=0.4spac=0.006
linexloc=0.6spac=0.01
#
lineyloc=0.0spac=0.002
lineyloc=0.2spac=0.005
lineyloc=0.5spac=0.05
lineyloc=0.8spac=0.15
#
initorientation=100c.phos=1e14space.mul=2#衬低初始化
#pwellformationincludingmaskingoffofthenwell
#
diffustime=30temp=1000dryo2press=1.00hcl=3
#
etchoxidethick=0.02
#
#P-wellImplant
#
implantborondose=8e12energy=100pears#定义离子注入阱浓度
#
diffustemp=950time=100weto2hcl=3#扩散气流变化
#
#N-wellimplantnotshown-
#
#welldrivestartshere
diffustime=50temp=1000t.rate=4.000dryo2press=0.10hcl=3#扩散改变温度
#
diffustime=220temp=1200nitropress=1#扩散改变温度
#
diffustime=90temp=1200t.rate=-4.444nitropress=1#扩散改变温度
#
etchoxideall
#
#sacrificial"cleaning"oxide
diffustime=20temp=1000dryo2press=1hcl=3#扩散氧化
#
etchoxideall
#
#gateoxidegrownhere:
-
diffustime=11temp=925dryo2press=1.00hcl=3#扩散氧化
#
#Extractadesignparameter
extractname="gateox"thicknessoxidemat.occno=1x.val=0.05
#
#vtadjustimplant
implantborondose=9.5e11energy=10pearson#定义离子注入阱浓度
#
depopolythick=0.2divi=10#淀积聚乙烯0.2um纵向10个网格
#
#fromnowonthesituationis2-D
#
etchpolyleftp1.x=0.35
#
methodfermicompress
diffusetime=3temp=900weto2press=1.0
#
implantphosphordose=3.0e13energy=20pearson#离子注入
#
depooxidethick=0.120divisions=8#淀积二氧化硅0.120um纵向8个网格
#
etchoxidedrythick=0.120##淀积二氧化硅0.120um
#
implantarsenicdose=5.0e15energy=50pearson
#
methodfermicompress
diffusetime=1temp=900nitropress=1.0
#
#patterns/dcontactmetal
etchoxideleftp1.x=0.2#刻蚀
depositaluminthick=0.03divi=2#淀积铝0.03um2个网格
etchaluminrightp1.x=0.18
#Extractdesignparameters
#extractfinalS/DXj
extractname="nxj"xjsiliconmat.occno=1x.val=0.1junc.occno=1#抽取仿真结果结深
#extracttheN++regionssheetresistance
extractname="n++sheetrho"sheet.resmaterial="Silicon"mat.occno=1x.val=0.05region.occno=1#抽取仿真结果方块电阻
#extractthesheetrhounderthespacer,oftheLDDregion
extractname="lddsheetrho"sheet.resmaterial="Silicon"\
mat.occno=1x.val=0.3region.occno=1#抽取仿真结果ldd区方块电阻
#extractthesurfaceconcunderthechannel.
extractname="chansurfconc"surf.concimpurity="NetDoping"\
material="Silicon"mat.occno=1x.val=0.45#抽取仿真结果沟道表面浓度
#extractacurveofconductanceversusbias.
extractstartmaterial="Polysilicon"mat.occno=1\
bias=0.0bias.step=0.2bias.stop=2x.val=0.45#抽取仿真结果多晶硅浓度
extractdonename="sheetcondvbias"\
curve(bias,1dn.conductmaterial="Silicon"mat.occno=1region.occno=1)\
outfile="extract.dat"
#extractthelongchanVt
extractname="n1dvt"1dvtntypevb=0.0qss=1e10x.val=0.49#抽取仿真结果长沟阈值电压1dvt
structuremirrorright#对结构做镜像
electrodename=gatex=0.5y=0.1#定义电极名称和位置栅
electrodename=sourcex=0.1#定义电极名称和位置源
electrodename=drainx=0.9#定义电极名称和位置漏
electrodename=substratebackside#基板的背面
structureoutfile=mos0.str#保存结构到文件
#plotthestructure
tonyplotmos0.str#显示当前结构
#############VtTest:
ReturnsVt,BetaandTheta################
goatlas
#setmaterialmodels
modelscvtsrhprint#cvt迁移模型srh复合模型
contactname=gaten.poly#栅电压
interfaceqf=3e12
methodgummelnewton#基本的漂移-扩散计算
solveinit#所有电极电压加0v
#Biasthedrain
solvevdrain=0.1#漏电压为0.1v
#Rampthegate
logoutf=mos0ex01_1.logmaster
solvevgate=0vstep=0.25vfinal=3.0name=gate#栅电压范围0-3v每步0.25
saveoutf=mos0ex01_1.str#保存
#plotresults
tonyplotmos0ex01_1.log#显示当前结构
#extractdeviceparameters
Extractname="nvt"(xintercept(maxslope(curve(abs(v."gate"),abs(i."drain"))))\
-abs(ave(v."drain"))/2.0)#抽取仿真结果阈值电压
extractname="nbeta"slope(maxslope(curve(abs(v."gate"),abs(i."drain"))))\#抽取仿真结果
*(1.0/abs(ave(v."drain")))
extractname="ntheta"((max(a