silvacoatlas操作文档.docx

silvacoatlas操作文档.docx

《silvacoatlas操作文档.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《silvacoatlas操作文档.docx（26页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

silvacoatlas操作文档

一、

图3.22

ATLAS概述

ATLAS是一个基于物理规律的二维器件仿真工具，用于模拟特定半导体结构的电学特性，并模拟器件工作时相关的内部物理机理。

1.ATLAS输入与输出

大多数ATLAS仿真使用两种输入文件：

一个包含ATLAS执行指令的文本文件和一个定义了待仿真结构的结构文件。

ATLAS会产生三种输出文件：

运行输出文件（run-timeoutput）记录了仿真的实时运行过程，包括错误信息和警告信息；记录文件（logfiles）存储了所有通过器件分析得到的端电压和电流；结果文件（solutionfiles）存储了器件在某单一偏置点下有关变量解的二维或三维数据。

2.ATLAS命令的顺序

在ATLAS中，每个输入文件必须包含按正确顺序排列的五组语句。

这些组的顺序如图1.1所示。

如果不按照此顺序，往往会出现错误信息并使程序终止，造成程序非正常运行。

图1.1

3.开始运行ATLAS

1）点击桌面图标“ExceedXDMCPBroadcast”。

（如图1.2）

2）弹出图二的界面。

点击“ASIC-V890”，点OK进入。

图1.3

图1.2

3）输入用户名“asic00”，点击OK（如图3）；输入密码“asic”（注意大小写,并且本软件不显示密码图案“**”，一定注意输入正确与否），点击OK（如图4）。

进入界面（如图5）

4）右击空白处选择“Tools”,再点击“Terminal”。

（如图1.4）

图1.4

5）在“Terminal”窗口中“%”后输入“deckbuild–as&”（注意deckbuild与–之间的空格）（如图1.5）。

按下“enter”键。

进入atlas界面（如图1.6）。

图1.6

图1.5

二、NMOS结构的ATLAS仿真

我们将以下几项内容为例进行介绍：

1.建立NMOS结构。

2.Vds=0.1V时，简单Id-Vgs曲线的产生；

3.器件参数如Vt，Beta和Theta的确定；

4.Vgs分别为1.1V，2.2V和3.3V时，Id-Vds曲线的产生。

三、建立NMOS结构

本节将按照建立器件的一般步骤：

①定义网格、②定义材料区域、③定义电极、④定义摻杂、⑤定义材料类型、⑥定义物理模型、⑦定义接触类型。

我们将按照上述方法建立的器件用tonylopt直接显示出来，以便于查看修改。

为了启动ATLAS，输入语句：

goatlas。

按下回车键。

1.定义网格

在ATLAS中定义器件只能用矩形方式定义。

如欲定义如右图的结构，必须按照三个黑色矩形来定义。

这些矩形区域在ATLAS中称之为网格。

网格的大小由X、Y坐标（loc）定义，为了更为精确的描述网格，ATLAS将网格进行细分（spac），等号后面的参数即为细分的间隔。

网格的疏密决定仿真结果的精确程度。

1）依次点击右上角“commands”、“structure”、“mesh”。

（如图3.1）。

进入图3.2所示的“ATLASMesh”界面。

在“Type”选项中选择“constructnewmesh”。

进入图3.3的“ATLASMeshDefine”界面。

图3.2

图3.1

图3.3

2）“Direction”选项选择“X”。

在“Location”中输入7，“spacing”中输入0.5，点击“Insert”。

按照以上流程依次输入（6，0.01）、（5，0.2）、（4，0.01）、（3，0.01）、（2，0.2）、（1，0.01）、（0，0.5）。

结果如图3.4。

输入X完毕后点击“Y”。

输入（1，0.5）、（0.1，0.005）、（0.03，0.005）、（0，0.005）、（-0.01，0.002）。

结果如图3.5。

3）直接点击图3.2中的“WRITE”。

在主界面中将生成如下语句（如图3.6）。

图3.5

图3.4

图3.7

图3.6

2.定义材料区域

定义好网格之后，下面就需要将定义的网格规划成区域，每个区域可以定义不同的材料类型。

区域1为氧化层，区域2为GaN层，区域3为AlxGa1-xN以下我们将使用region命令定义不同的区域。

1）依次点击右上角“commands”、“structure”、“Region”。

（如图3.1）。

进入图3.8的“AtlasRegion”界面。

2）点击“AddRegion”，“Number”中出现“1”。

依次在下面的数据输入端口中输入“0，7，-0.01，0”，并选择“Material”为“oxide”。

如图3.8。

图3.9

图3.8

3）按照第2步的方法依次建立区域2和区域3。

区域2的数据为“0，7，0，0.03”，“Material”为“GaN”（图3.9）；区域3的数据为“0，7，0.03，1”，“Material”为“GaN”。

按下“WRITE”。

生成语句如图3.10。

图3.10

图3.11

4）修改第3步中的语句，使之变成图3.11所示的语句。

部分语句解释：

a.Region：

命令是区域定义命令。

b.Number：

区域标号

c.x.minx.max等命令是指定所要定义的区域。

d.Material:

定义材料类型，可以选择提供的各种材料。

e.polarizationcalc.strain等申明极化效应，并对极化效应大小及极化电荷密度进行计算。

3.定义电极

本节将为上述定义好的各个区域引出电极。

为此我们将使用electrode命令。

1）依次点击右上角“commands”、“structure”、“Electrode”。

进入图3.12的“AtlasElectrode”界面。

图3.13

图3.12

2）点击“Adddelctrode”，选择“gate”；然后依次添加“drain”，（如图3.13）；

3）点击“gate”，再点击“definelocation”。

输入如图3.14中的数据（3，4，1，-0.01，0）；同样再选择“drain”，输入如图3.15中的数据（6，7，1，-0.005，0）。

同样再选择“source”，输入如图3.16中的数据（0，1，1，-0.005，0）。

点击“WRITE”,生成语句如图3.17.

图3.14

图3.15

图3.16

图3.17

部分语句解释：

a.Electrode：

定义电极命令。

Name是电极名。

b.Number：

引出电极区域标号。

c.Contact：

为每个电极添加接触类型。

Name是电极名，紧接着就是接触类型。

4.定义摻杂

本节为区域2、3摻杂，区域3中摻入浓度为1e13的施主杂质，区域2中摻入浓度为5e16的施主杂质。

我们将使用doping命令。

1）依次点击右上角“commands”、“structure”、“Doping”，“Analytic”。

进入图3.18的“AtlasDopingProfile”界面。

2）“ProfileType”选择uniform（均匀分布）【也可以选择gaussian（高斯）和errorfunction（误差函数）分布，不同的分布代表杂质在区域中分布状况】；“conc”中填入“1e13”，“regions”选择3，其余保持默认。

点击“WRITE”。

语句如下所示.

图3.18

3）同第1步再次进入“AtlasDopingProfile”界面。

“ProfileType”选择uniform，“conc”中填入“5e16”，“regions”选择2，其余保持默认。

点击“WRITE”。

语句如图下.

部分语句解释：

a.Doping:

是摻杂命令

b.Uniform：

杂质分布类型是均匀分布。

（常用参数是杂质类型和杂质浓度）

c.Conc:

杂质浓度；n.type：

杂质类型；regions：

区域标号。

5.定义材料特性

所有的材料都被分为半导体、绝缘体、导体三大类。

每一类都有特定的参数，如半导体有电子亲和势、能带间隙、少子寿命等。

本节将用material命令来定义相关参数。

Material参数分为几大类。

区域参数，能带结构参数，迁移率模型参数，复合模型参数等等。

每个参数都对应一定的物理模型，由一系列方程来表示这些量。

常用参数（命令）有：

本征载流子浓度允许的最小值（ni.min）、电子空穴的寿命（taun0、taup0）、电子空穴迁移率（mun、mup）。

本部分将指定本征载流子浓度允许的最小值为1e-10，电子空穴的寿命均为1e-9s。

直接在主窗口中输入语句。

“materialni.min=1e-10taun0=1e-9taup0=1e-9”

四、模型指定命令组

以上我们已经建立了器件结构，现在我们将进入模型指定命令组。

在这个命令组中，我们将分别用Model语句、Contact语句和Interface语句定义模型、接触特性和表面特性。

1.选定物理模型

本节将用models命令指定物理模型。

这些物理模型可以分为5组：

迁移率模型，复合模型，载流子统计模型，碰撞离化模型和隧道模型。

针对目前的技术均有简便的方法配置相应模型，例如本实验的MOS技术应选用的基本模型有迁移率模型（CVT），复合模型（SRH），载流子统计模型（fermidirac）。

本节将选用载流子统计模型（fermidirac）。

具体方法是：

1）依次点击右上角“commands”、“models”、“models”。

进入图4.1的“Atlasmodels”界面。

2）“Catagory”选择“Statistics”;下面选择“fermi-dirac”；点击“WRITE”。

图4.2

图4.1

2.定义接触类型

与半导体材料接触的电极默认其具有欧姆特性。

如果定义了功函数，电极将被作为肖特基（Shottky）接触处理。

Contact语句用于定义有一个或多个电极的金属的功函数。

1）依次点击右上角“commands”、“models”、“contact”。

进入“Atlascontact”界面。

如图4.2

2）“Electrodename”中填入“gate”，“workfunctiondifference”选择“Al”,点击“WRITE”。

3）再次进入“Atlascontact”界面，“Electrodename”中填入“source”，“workfunctiondifference”选择“Al”，勾选“surfacerecombination”,点击“WRITE”。

4）再次进入“Atlascontact”界面，“Electrodename”中填入“gate”，“workfunctiondifference”选择“Al”勾选“surfacerecombination”,点击“WRITE”。

生成语句如下：

图4.4

图4.3

图32

图32

图32

以上我们将每个电极均定义为欧姆接触，接触势为4.31。

3.指定接触面特性

为了定义NMOS结构的接触面特性，我们需要使用Interface语句。

这个语句用来定义接触面电荷浓度（qf）以及半导体和绝缘体材料接触面的表面复合率（s.n.、s.p.）。

定义硅和氧化物接触面电荷浓度固定为3×1010cm-2，步骤如下：

1）在ATLASCommands菜单中，依次选择Models和Interface…项。

Deckbuild：

ATLASInterface菜单将会出现；在FixedChargeDensity一栏中输入3e10，如图4.5所示；

图4.5

2）点击WRITE将Interface语句写入DECKBUILD文本窗口中。

语句如下：

Interfaces.n=0.0s.p=0.0qf=3e10

4.输出器件结构

如第一部分所述“结果文件（.str）存储了器件在某单一偏置点下有关变量解的二维或三维数据”，我们只需用silvaco自带的画图工具tonyplot对.str文件操作即可直接输出器件的结构。

本节直接在窗口中输入如下的语句。

“saveoutfile=MOS.str”。

这个语句直接指定了输出的文件。

下面我们将使用tonyplot来画出器件结构。

1）

高亮“MOS.str”，如右所示。

2）点击右上角“TOOLS”、“plot”、“plotstructure”。

如下图所示。

图4.7为放大后的器件结构图。

图4.7

图4.6

五、数字方法选择命令组

1.首先我们要载入刚刚已经建立的器件模型。

步骤如下：

1）输入“goatlas”。

启动ATLAS。

2）在ATLASCommands菜单中，依次选择Structure和Mesh…项。

ATLASMesh菜单将会弹出，如图5.1所示；

图5.1ATLASMesh菜单

3）在Type栏中，点击Readfromfile；，在Filename栏中输入结构文件名“MOS.str”；

4）点击WRITE键并将Mesh语句写入DECKBUILD文本窗口中，如下所示。

2.接下来，我们要选择数字方法进行模拟。

可以用几种不同的方法对半导体器件问题进行求解。

对MOS结构而言，我们使用去偶（GUMMEL）和完全偶合（NEWTON）这两种方法。

简单的说，以GUMMEL法为例的去偶技术就是在求解某个参数时保持其它变量不变，不断重复直到获得一个稳定解。

而以NEWTON法为例的完全偶合技术是指在求解时，同时考虑所有未知变量。

Method语句可以采用如下方法：

1）在ATLASCommands菜单中，依次选择Solutions和Method…项。

Deckbuild：

ATLASMethod菜单将会出现；在Method栏中选择NEWTON和GUMMEL选项，如图5.1所示；默认设定的最大重复数为25。

这个值可以根据需要修改；

2）点击WRITE将Method语句写入DECKBUILD文本窗口中；

3）将会出现Method语句，如图5.2所示。

应用此语句可以先用Gummel法进行重复，如果找不到答案，再换Newton法进行计算。

图5.1

图5.2

六、解决方案指定命令组

在解决方案指定命令组中，我们需要使用Log语句来输出保存包含端口特性计算结果的记录文件，用Solving语句来对不同偏置条件进行求解，以及用Loading语句来加载结果文件。

这些语句都可以通过Deckbuild：

ATLASTest菜单来完成。

1.Vds=0.1V时，获得Id~Vgs曲线

下面我们要在NMOS结构中，当Vds=0.1V时，获得简单的Id~Vgs曲线。

具体步骤如下：

1）在ATLASCommands菜单中，依次选择Solutions和Solve…项。

Deckbuild：

ATLASTest菜单将会出现，如图6.1所示；点击Prop…键以调用ATLASSolveproperties菜单；在Logfile栏中将文件名改为“MOS_”，如图6.2所示。

完成以后点击OK；

图6.1Deckbuild：

ATLASTest菜单

图6.2ATLASSolveproperties菜单

2）将鼠标移至Worksheet区域，右击鼠标并选择Addnewrow，如图6.3所示；

3）一个新行被添加到了Worksheet中，如图6.4所示；

4）将鼠标移至gate参数上，右击鼠标。

会出现一个电极名的列表。

选择drain，如图6.5所示；

5）点击InitialBias栏下的值并将其值改为0.1，然后点击WRITE键；

6）接下来，再将鼠标移至Worksheet区域，右击鼠标并选择Addnewrow；

7）这样就在drain行下又添加了一个新行，如图6.6所示；

8）在gate行中，将鼠标移至CONST类型上，右击鼠标并选择VAR1。

分别将initialbias、FinalBias和Delta的值改为-5、5和0.5，如图6.7所示；

图6.3添加新行

图6.4添加的新行

图6.5将gate改为drain

图6.6添加另一新行

图6.7设置栅极偏置参数

9）点击WRITE键，如下语句将会出现在DECKBUILD文本窗口中。

Solveinit

Solvevdrain=1

Logoutf=MOS_0.log

Solvename=gatevgate=-5vfinal=5vstep=0.5

上述语句以Solveinit语句开始。

这条语句提供了一个初始猜想，即零偏置（或热平衡）情况下的电势和载流子浓度。

在得到了零偏置解以后，第二条语句即Solvevdrain=1将会模拟漏极直流偏置为1V的情况。

如果solve语句没有定义某电极电压，则该电极电压为零。

因此，不需要将所有电极电压都用solve语句进行定义。

第三条语句是Log语句，即Logoutf=MOS_0.log。

这条语句用来保存所有在MOS＿0.log文件中由ATLAS计算得出的仿真结果。

这些结果包括在直流仿真下每个电极的电流和电压。

要停止保存这些信息，可以使用带有“off”的log语句如logoff，或使用不同的log文件名。

最后一条solve语句使栅极电压从-5V变化到5V，间隔为0.5V。

注意在这条语句中Name参数是不能缺少的，而且电极名区分大小写。

10）点击run按钮，运行结束之后，高亮“MOS_0.log”，按照之前的tonyplot操作步骤即可画出Id~Vgs曲线。

2.获取器件参数

在这个仿真中，还要获取一些器件参数，例如Vt，Beta和Theta。

这可以通过ATLASExtract菜单来完成：

1）在ATLASCommands菜单中，依次选择Extract和Device…项。

Deckbuild：

ATLASExtaction菜单将会出现；在默认情况下，Testname栏中选择的是Vt。

用户可以修改默认的计算表达式；点击WRITE键，VtExtract语句将会出现在DECKBUILD文本窗口中：

extractname=“vt”（xintercept（maxslope（curve（abs（v.“gate”）

abs（i.“drain”））））-abs（ave（v.“drain”））/2.0）

2）下面，继续调用Deckbuild：

ATLASExtaction菜单。

然后，点击Testname并将其改为Beta如图6.8；

图6.8设置Beta计算语句

3）点击WRITE键，BetaExtract语句将会出现在DECKBUILD文本窗口中：

extractname=“beta”slope（maxslope（curve（abs（v.“gate”）

abs（i.“drain”））））*abs（1.0/abs（ave（v.“drain”）））

4）最后，我们要再一次调用Deckbuild：

ATLASExtaction菜单来设置计算theta参数的Extract语句。

然后，点击Testname栏并将其改为Theta，如图6.9所示；

图6.9设置Theta计算语句

5）点击WRITE键，BetaExtract语句将会出现在DECKBUILD文本窗口中：

extractname=“theta”（（max（abs（v.“drain”））*$“beta”）/max

（abs（i.“drain”）））-（1.0/max（abs（v.“gate”））-（$“vt”）））

6）点击cont按钮，所获得的器件参数如Vt，Beta和Theta可以在DECKBUILD运行输出窗口看到，如图6.10。

图6.10显示器件参数的DECKBUILD运行输出窗口

3.获得输出特性曲线

下面要在Vgs分别为1.1V，2.2V和3.3V时生成Id~Vds曲线族，Vds变化范围是0V到3.3V。

为了不使后面的端口特性写入到前面的log文件MOS_0.log中，我们需要使用另一条Log语句，如下：

logoff

为了得到曲线族，首先，我们需要使用Deckbuild：

ATLASTest菜单得到每个Vgs的结果：

1）在ATLASCommands菜单中，依次选择Solutions和Solve…项以调用Deckbuild：

ATLASTest菜单；点击Prop…键以调用ATLASSolveproperties菜单；将Writemode栏改为Line，然后点击OK；

2）设置栅极偏置参数，；

图6.11栅极偏置参数

3）点击WRITE键，Solve语句将会出现在如下所示的DECKBUILD文本窗口中：

solvevgate=1.1

为了在ATLAS结果文件中保存结果输出，在Solve语句中添加语句outf=solve1：

solvevgate=1.1outf=solve1

4）对栅极偏置为-2.2V和-3.3V分别重复运用上述语句：

solvevgate=2.2outf=solve2

solvevgate=3.3outf=solve3

接下来，我们将再一次使用ATLASTest菜单设置Solve语句，使得漏极电压变化范围为0V到3.3V，步骤如下：

5）在ATLASCommands菜单中，依次选择Solutions和Solve…项以调用Deckbuild：

ATLASTest菜单；点击Prop…键以调用ATLASSolveproperties菜单；将Writemode栏改为Test；将Logfile栏中的文件名改为MOS2_；

6）完成后点击OK；

7）在工作区中，将Name栏的gate改为drain，Type栏的CONST改为VAR1，InitialBias，FinalBias和Delta分别设为0，3和0.3；

8）点击WRITE键，下列语句将会出现在DECKBUILD文本窗口中：

solveinit

logoutfile=MOS2＿0.log

solvename=drainvdrain=0vfinal=3.3vstep=0.3

接下来，我们将使用Load菜单加载栅极偏置为1.1V时的结果文件solve1，并用它替换solveinit语句：

9）选中solveinit语句，如图6.12所示；在ATLASCommands菜单中，依次选择Solutions和Load…项以调用Deckbuild：

ATLASLoad菜单；在Deckbuild：

ATLASLoad菜单的Filename栏中输入solve1；在Format栏中，选择SPISCES格式；点击WRITE键，则出现确认提示窗口。

选择“Yes,replaceselection”。

10）Load语句将会在DECKBUILD文本窗口中替换solveinit语句，见图6.13；

图6.12选中solveinit语句

图6.13Load语句替换solveinit语句

这样，从Load语句开始到Solve语句为止的语句组将会生成Vgs=1.1V时的Id~Vds曲线的数据。

要生成Vgs=2.2V，Vgs=3.3V时的Id~Vds曲线数据，只要复制这三个语句即可，并