МУ к лабораторным работам по приборно-технологическому моделированию в системе TCAD Sentaurus, страница 6

Пример секции Physics представлен ниже:Physics {Mobility ##Модели подвижности носителей(DopingDependenceHighFieldSaturationEnormal(UniBo))Recombination(SRH) ##Модель рекомбинации носителей}В случае, если отсутствует описание модели переноса носителей,модели подвижности носителей и модели зонной структуры, системаиспользует модели, применяемые по умолчанию.

В случае, если не описанымодели генерации и рекомбинации носителей, считается, что скоростьгенерации и рекомбинации носителей равна нулю. Подробное описание всехмоделей можно найти в [3].3) Граничные условия и временные диаграммы их изменения наинтервале моделирования (секции Electrode и Thermode). При этомдля получения приемлемой сходимости ньютоновских итерацийрекомендуется в начальный момент времени задавать напряжение навсех электродах, равное нулю. Пример построения секции Electrodeпредставлен ниже, временные диаграммы изменения граничныхусловий – на рисунке 20.Electrode {{ name= "drain" Voltage= (0 at 0, 0.1 at 1, 0.1 at 4.3)}{ name= "gate" Voltage= (0 at 0, 0 at 1, 3.3 at 4.3)}{ name= "source" Voltage= 0}}Рисунок 20 – Временные диаграммы изменения напряжения на стоке(Uds, электрод drain) и напряжения на затворе (Ugs, электрод gate)В описанном случае вначале увеличивается напряжении на стоке от 0 до0,1 В (первый участок от 0 до 1 сек), а затем на затворе от 0 до 3,3 В (второйучасток от 1 до 4,3 сек).

Второй участок соответствует определениюхарактеристики тока стока от напряжения между затвором и истоком прификсированном напряжении на стоке, равном 0,1 В. В начальный моментвремени напряжения на всех электродах равны нулю.4) Параметры ньютоновских итераций – параметры точности,количество итераций и т.п. (секция Math). Пример секции Math:Math {Iterations=20 ##Максимальное число ньютоновских итераций равно 20}5) Имена переменных, выводимых в файл результата моделирования(секция Plot) и имена файлов исходных данных и файлов результатовмоделирования (секция File). Секция Plot представляет собойперечень выводимых распределенных параметров в выходной datфайл.

Полный перечень доступных параметров приведен в [3]. Внашем случае секция Plot будет представлена какPlot {eMobility hMobility eDensity hDensity eQuasiFermi hQuasiFermiSpaceCharge SRH}Секция File представлена ниже.File {Grid= n@node|mesh@_msh.grd ##Имя файла сетки, сгенерированного##meshDoping= "n@node|mesh@_msh.dat" ##Имя файла, концентрации##легирующих примесей, сгенерированного meshPlot=n@node@_des.dat ##Имя выходного файла распределенных##параметровCurrent=n@node@_des.plt ##Имя выходного файла электрических##характеристикOutput= n@node@_des.log ##Имя выходного файла протоколирования##процесса счета}Рисунок 21 – Пример стокозатворной характеристики, рассчитаннойв Sentaurus Device, и выводимой на экран с помощью InspectВизуализацию результата моделирования удобно выполнять впрограмме построения графиков Inspect.

На рисунке 21 приведен примеррассчитанной характеристики тока стока от напряжения между затвором иистоком при фиксированном напряжении на стоке, равном 0,1 В.10. Задания для лабораторной работы №3 «Моделированиеэлектрических характеристик МОП-транзисторов»1. Добавить в проект компонент sdevice, создать в нем параметрTemperature со значениями 300, 400 и 500.2. Щелчком правой клавиши мыши на компоненте вызвать контекстноеменю, выбрать команду Edit Input/Commands…, после чего откроектсяпустой командный файл с именем sdevice_des.cmd.3. Не меняя имя командного файла, заполнить его секциями всоответствии с материалом, изложенным в п.8 и источнике [3].4.

Модифицировать командный файл таким образом, чтобы программавыполняла расчет электрических стокозатворных характеристик МОПтранзисторов, сформированных в рамках лабораторных работ 1-2, притемпературах 200, 300 и 400 К. Генерацией носителей пренебречь.Напряжение сток-исток равно 0,1 В. При расчетах пользоватьсядиффузионно-дрейфовой моделью переноса носителей. Считать, что в каналеМОП-транзистора действуют следующие эффекты снижения подвижности:снижение подвижности за счет рассеяния на тепловых колебанияхкристаллической решетки (учитывается по умолчанию), рассеяния на ионахпримеси (DopingDependence), насыщения скорости в сильных электрическихполях (HighFieldSaturation) и рассеяния на шероховатостях границыдиэлектрик-полупроводник (Enormal).5. Имена выходных файлов должны включать в себя полный набор всехпараметров (для удобства последующего анализа).

Например, имя выходногоplt-файла для варианта 5 будет:n@node@_@dose@_@energy@_@time@_@temperature@_des.pltВ этом случае будет понятно, какой комбинации значений исходныхпараметров соответствует данная характеристика.6. Запустить узлы со всевозможными комбинациями параметров нарасчет (по согласованию с преподавателем допускается запускать не всеузлы, а только их часть для экономии времени и ресурсов).7. Вывести электрические характеристики на график. Для этоговыделить все рассчитанные узлы, вызвать правой клавишей мышиконтекстное меню и дать команду Visualize/.plt-files/Inspect. Откроется окно,как показано на рисунке 22.Рисунок 22 – Интерфейс программы InspectВыделить все наборы данных (с помощью клавиши Shift), выбратьконтакт c_gate.

Загрузится список доступных параметров. В нем выбратьOuterVoltage (Напряжение) и нажать клавишу To X-Axis.После этого выделить контакт c_drain в списке контактов.В появившемся списке параметров выбрать TotalCurrent (Суммарный токэлектронов и дырок). Нажать на клавишу To Left Y-Axis. На графикепоявится семейство стокозатворных характеристик, полученных приразличных значениях исходных параметров (temperature, dose, energy и т.д.)В области имен построенных кривых отобразится полный список всехпостроенных электрических характеристик.

При выделении конкретнойкривой она изменяет свой цвет в правой части окна. Эту кривую можноотредактировать таким образом, чтобы ее имя отображало сочетаниепараметров. Например, выделяя одну из кривых, и нажимая на кнопку Edit,можно получить окно, представленное на рисунке 23.Рисунок 23 – К коррекции имен кривых под имя набора данныхЗадание всех имен кривых и их построение можно выполнить иавтоматизировано, используя программы, написанные на языке TCL(подобные задачи будут рассмотрены ниже).8. Выполнить для 2-3 кривых коррекцию их имен в соответствиис примером на рисунке 23.9. Выполнить расчет выходной характеристики и вывести ее на график(добавить новый компонент sdevice1 и создать командный файл для негоsdevice1_des.cmd).10.

Оформить отчет, содержащий цель работы, скриншот основныхрезультатов и выводы по работе.11. Разработка программных модулей с использованием средствTCL (Tool Command Language).Язык TCL определяется как Tool Command Language – языкпрограммирования высокого уровня, используемый, главным образом, приразработке отдельных модулей и их интеграции в САПР.В среде TCAD Sentaurus существует возможность разработкисобственных программных модулей на языке TCL, взаимодействующих смодулями системы.Для знакомства с языком определим базовые конструкции языка –комментарий, команда вывода результата в терминал ввода-вывода, командаприсваивания, синтаксические конструкции блоков ветвления, циклы, работасо списками и строками, чтение и запись файлов.Комментарии – строки, не обрабатываемые интерпретатором TCL, –выделяются с помощью знаков «#», располагаемых в начале каждой строкикомментария.

Действие знака «#» распространяется только на ту строку, накоторой он расположен. Мы будем использовать двойную «решетку»,поскольку одинарная решетка иногда воспринимается транслятором какпрепроцессорная директива.Интерпретатор чувствителен к регистру вводимых символов, поэтомуследует обращать внимание на заглавные и строчные буквы в командах илиименах переменных.Вывод сообщения в терминал осуществляется с помощью команды puts:puts “<сообщение>”Например:puts “Hello, World!”Операция присваивания переменной значения выполняется с помощьюкоманды set:set <имя переменной> <выражение/значение/массив>Например, присвоение переменной f значения 25 будет осуществлятьсякомандойset f 25При этом доступ к чтению значения переменной осуществляется спомощью знака $.

То есть для вывода значения переменной f на экранследует использовать командуputs “f=$f”При этом на экран выведется сообщение f=25.Каждая команда в программе отделяется от других команд с помощьюзнака точка с запятой или символами новой строки.Особенным является символ обратной косой черты \. Он используетсядля подстановки управляющего символа, например, символа переноса наследующую строку.Задача. Написать программу, реализующую считывание из файлаradius.txt значения радиуса круга, вычисление площади этого круга и выводполученного результата в файл square.txt.Решение.

Текст программы представлен ниже:set inp_file [open “radius.txt” r]; ##присваивание переменной imp_file##указателя файл “radius.txt”, открываемого для чтенияset radius [gets $inp_file]; ##чтение первой строки файла и перемещение##указателя на следующую строку (считаем, что в ней записан радиус);set square [expr 3.14*$radius*$radius]; ##вычисление площади кругаset out_file [open “square.txt” w]; ##присваивание переменной out_file##указателя файл “square.txt”, открываемого для записиputs $out_file $square; ##запись в выходной файл значения переменной squareclose $inp_file; ##закрытие входного файлаclose $out_file; ##закрытие выходного файлаВ данном примере использована одна из главных конструкций языка –подстановка в квадратных скобках: вначале выполняется команда вквадратных скобках, а затем ее результат передается в переменную заскобками.Команда open – открывает файл для чтения или записи. Ее структуратакова:open “<имя_файла>” <способ доступа>Причем способ доступа r означает чтение, а w – запись.Закрытие файла производится командой close <значение указателя нафайл>.Чтение очередной строки из файла производится командойgets <значение указателя на файл>.Если вывод сообщения выполняется в файл, то используется командаputs:puts <значение указателя на файл> <выводимое сообщение илизначение переменной>И, наконец, о вычислениях.

Любые вычисления в TCL инициируютсяс помощью инструкции expr, что и видно из примера по вычислениюплощади круга.Таким образом, большая часть инструкций построена по принципу <имяинструкции> <операнды>.Легко программировать новые процедуры:proc <имя_процедуры> {<параметры>} {<тело процедуры>return <возвращаемый результат>}Обращение к процедуре осуществляется как<имя процедуры> <параметры>илиset <имя переменной> [<имя процедуры> <параметры>]Блоки ветвления. Если в зависимости от выполнения какого-либоусловия какой-то фрагмент программы должен выполняться или невыполняться, то используют условный оператор if.