SILVACO-ATLAS操作文档.pdf

1、SILVACOATLAS 操作文档中山大学微电子实验室1一、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。1.1.ATLAS 输入与输出 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(runtimeoutput)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(log files)存储了所有通过器件分析得到的端电压和电流；结果文件(solutionfile

2、s)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。2.2.ATLAS 命令的顺序 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。3.3.开始运行 ATLAS 开始运行 ATLAS 1)点击桌面图标“Exceed XDMCP Broadcast”。（如图 1.2）2)弹出图二的界面。点击“ASIC-V890”，点 OK 进入。3)输入用户名,如“test*”，；输入密码(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

3、OK。进入界面 4)右击空白处选择“Tools”,再点击“Terminal”。（如图 1.4）图 1.1 图 1.2 图 1.3 中山大学微电子实验室SILVACOATLAS 操作文档中山大学微电子实验室2 5)创建根目录并进入 ATLAS 软件 5.1 创建根目录(1)右击选择“Files”,“File Manager”（如图 1.5）.找到“experiment”文件夹并双击打开（如图 1.6）。(2)点击左上角“File”，“new folder”.并在弹出窗口中“new folder name”中输入自己的名字如”luyawei”（如图 1.9），回到“Terminal”窗口。（3）输

4、入“deckbuild as&”（注意 deckbuild 与as 之间的空格），按回车，弹出如图 1.11的窗口。图 1.4 图 1.5 图 1.6 图 1.9 中山大学微电子实验室SILVACOATLAS 操作文档中山大学微电子实验室3二、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：定义网格

5、；定义材料区域；定义电极；定义摻杂；定义材料类型；定义物理模型；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。启动 ATLAS，输入语句：go atlas。按下回车键。1.1.定义网格 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”、“str

6、ucture”、“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 3.1 图 3.2 图 1.11中山大学微电子实验室SILVACOATLAS 操作文档中山大学微电子实验室41.“Direction”选项选择“X”。在“Location”中输入1，“spacing”中输入 0.5，点击“Insert”。按照以上流程依次输入（0.5，0.05）、（0.5，0.008）、（1，0.1）、（1.1，1）、。输入 X 完毕后点击“Y”。输入（0.1

7、，0.05）、（0.08，0.05）、（0，0.05）、（0.5，0.02）、（4，2）。结果如图 3.3。2.直接点击图 3.2 中的“WRITE”。在主界面中将生成如下语句（如图 3.4）。2.定义材料区域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 为衬底 Si，区域 3、4 为 N 重摻杂区域。以下我们将使用 region 命令定义不同的材料区域。1)依次点击右上角“commands”、“structure”、“Region”。进入图 3.5 的“AtlasRegion”界面。2)点击“AddRegion”，

8、“Number”中出现“1”。依次在下面的数据输入端口中输入“1.1，1.1，0.1，0”，并选择“Material”为“SiO2”。图 3.3 图 3.4 图 3.5中山大学微电子实验室SILVACOATLAS 操作文档中山大学微电子实验室53)按照第 2 步的方法依次建立区域 2、3、4。区域 2 的数据为“1.1，1.1，0，4”，“Material”为“Silicon”（图 3.5）；区域 3 的数据为“1,0.5,0,0.5”，“Material”为“Silicon”;区域 3 的数据为“0.5,1,0,0.5”，“Material”为“Silicon”。按下“WRITE”。生成语句

9、如图 3.7.行语句解释：a.Region：区域定义命令。b.Number：区域标号c.x.min，x.max 等：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.polarization calc.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 3.8 的“AtlasElectrode”界面。2)点击“Adddelctrode”，选择“ga

10、te”；然后依次添加“drain”，（如图 3.9）；3)点击“gate”，再点击“definelocation”。输入如图 3.10 中的数据（0.55,0.55,0.1,0.08）；同样再选择“drain”，输入如图 3.11 中的数据（0.7,0.9,0.1,0.01）。同样再选择“source”，输入如图 3.12 中的数据（0.9,0.7,0.1,0.01）。点击“WRITE”,生成语句如图 3.13.图 3.6图 3.7图 3.8图 3.9中山大学微电子实验室SILVACOATLAS 操作文档中山大学微电子实验室6行语句解释：a.Electrode：定义电极命令。Name 是电极名

11、。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.定义摻杂定义摻杂本节为区域 2、3、4 摻杂，区域 2 中摻入浓度为 1e17 的施主杂质，区域 3、4 中摻入浓度为 1e19 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 3.14 的“AtlasDopingProfile”界面。2)“ProfileType”选择 uniform，“conc”中填入“1e17”，“regions”选择 2，其余保持默认。点击

12、“WRITE”。语句如下所示.3)同第 1 步再次进入“AtlasDopingProfile”界面。“ProfileType”选择 uniform，“conc”中填入“1e19”，“regions”选择 3，其余保持默认。点击“WRITE”。4)将第 3 步再操作一遍只是将“regions”选择 4，生成语句如下。图 3.10 图 3.11 图 3.12 图 3.13 图 3.14 中山大学微电子实验室SILVACOATLAS 操作文档中山大学微电子实验室7a.Doping：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

13、：杂质类型；regions：区域标号。5.定义材料特性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 1e10，电子空穴的寿命均为 1e9s。直接

14、在主窗口中输入语句。“material ni.min=1e10 taun0=1e9 taup0=1e9”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五组：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(fer

15、midirac)。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“fermidirac”；点击“WRITE”。图 4.1 图 4.2 中山大学微电子实验室SILVACOATLAS 操作文档中山大学微电子实验室82.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)

16、依次点击右上角“commands”、“models”、“contact”。进入“Atlascontact”界面。如图 4.22)“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：以上我们将每个电极均定义为欧姆接触，接触势为 4.1。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