Методические указания к лабораторным работам по приборно-технологическому моделированию в системе TCAD Sentaurus, страница 5

Сгенерировать структуру. Просмотреть структуру с помощьюSentaurus Visual. Просмотр осуществляется выделением соответствующегоузла Sentaurus Workbench, вызовом контекстного меню (правой клавишеймыши) Visualize/Sentaurus Visual. Отредактировать сетку (в соответствиис пунктом 5).8. Подключить внешние контакты sourc, gate, drain и сгенерироватьсетку для моделирования электрических характеристик, как это описано впункте 6. Проанализировать результат моделирования с использованиемSentaurus Visual, при необходимости скорректировать сетку и структуруприбора в части подключения контактов.9.

По результатам выполнения пп. 1-8 оформить отчет, содержащий цельработы, скриншоты основных результатов и выводы.8. Задания к лабораторной работе №2 «Параметры SentaurusWorkbench» и их использование при моделировании процессовформирования структурыЧасто требуется выполнить анализ не одного процесса формированияструктуры, а целой серии процессов, отличающихся значениями одного-двухтехнологических режимов формирования структуры. Например, требуетсяоценить влияние энергии ионной имплантации истока/стока наэлектрические характеристики структуры.

Это означает, что нужнопосчитать несколько вариантов формирования структуры, отличающихсятолько энергией ионной имплантации областей истока/стока.В TCAD Sentaurus такая задача может быть решена путемиспользования параметров среды Sentaurus Workbench. Добавлениепараметра к компоненту осуществляется щелчком правой клавишей мыши наобласти имен параметров (область между компонентом и его узлами) ивыполнении команды Add… (см.

рисунок 18).Рисунок 18 – добавление имени параметра в среду Sentaurus WorkbenchВ открывшемся окне следует ввести имя параметра и его значение поумолчанию. Сразу после ввода параметра следует в командном файле вместоконкретного значения параметра ввести ссылку на параметр в значках@Temperature@.Добавление значений параметров осуществляется правым щелчком наимени параметра и выборе команды Add Values из списка.

После этогооткроется окно, представленное на рисунке 19.Рисунок 19 – Окно добавления значений параметраВ поле Scenario рекомендуется давать значение all, чтобы ссылка на имяпараметра была доступна из всех компонентов. В поле параметр следуетвыбрать имя из существующих (по умолчанию стоит то имя, на котором былпроизведен щелчок правой клавишей мыши).Значения параметров можно задавать меняющимися в арифметическойили геометрической прогрессии. В поле Min. Value задается первой значениепрогрессии, в поле Step – разность/знаменатель арифметической/геометрическойпрогрессии, а в поле Number of Values – общее количество добавляемыхзначений.

Поле выбора Lin/Log указывает на тип прогрессии. По умолчаниюполе выбора устанавливается в значение Lin, что означает использованиеарифметической прогрессии.Редактирование значений параметров без изменения их количествавыполняется с помощью правого щелчка мыши на имени параметра и выборекоманды «Edit Values…». Удаление значения параметра осуществляетсякомандой «Remove Value…».1. Откорректировать маршрут формирования транзисторной структуры,добавляя в него параметры в соответствии с вариантом в приложении 1.Каждый вариант предполагает использование трех параметров, именакоторых выделены жирным шрифтом в таблице приложения 1.

В качествепараметров выбираются только те, напротив которых описан номер варианта,выданный преподавателем. Например, для варианта 5, находим строки втехнологическом маршруте, в которых в первом столбце встречается цифра5:1,5Формирование P-карманаimplantspecies: boron dose: 2e13 /cm2energy: 300 keV tilt: 0 degrotation: 0 degannealtime: 5 sec temperature: 1050degCи5Таким образом, в 5 варианте (выделено в таблице жирным) меняютсятри параметра – dose, energy, time.Все варианты составлены таким образом, чтобы два параметра из трехимели бы имена energy и dose. В качестве начального значения всехпараметров следует брать их значения из исходного технологическогомаршрута. Параметр dose должен иметь три значения, изменяющиеся вгеометрической прогрессии относительно начального значения сознаменателем 10.

Параметр energy должен иметь три значения,изменяющиеся в арифметической прогрессии относительно начальногозначения с разностью 5 (кЭв, единица измерения в программе swb неуказывается). Третий параметр должен иметь два значения (включаязначение по умолчанию). Второе значение обучаемый может задать посвоему усмотрению.2. Запустить на моделирование все оконечные узлы полученного дерева.К каждому из узлов подключить внешние контакты и сгенерировать сеткудля моделирования электрических характеристик.3. По результатам выполнения работы оформить отчет, содержащийцель работы, скриншоты основных результатов и выводы.9.

Особенности моделирования электрических характеристикв подсистеме Sentaurus DeviceКак обсуждалось выше, расчет полупроводниковых структурпредставляет собой решение системы дифференциальных уравненийПуассона и непрерывности, дополненных моделью переноса носителей и ихподвижности, а также моделями генерации и рекомбинации носителей имоделью зонной структуры исследуемого полупроводника. Вначале методомконечных элементов составляется система дискретных уравнений Пуассона,непрерывности и теплопроводности (при необходимости), затем эта системарешается модифицированным методом Ньютона.Исходными данными для моделирования электрических характеристикявляется пара файлов, сгенерированная программой Mesh, и командный файлпрограммы Sentaurus Device.В командном файле задаются:1) Временной интервал моделирования, решаемые дифференциальныеуравнения и стратегия их решения (секция Solve).

Пример секцииSolve представлен ниже, знаком ## выделены комментарии к каждойстроке (игнорируются транслятором):Solve {Coupled {Poisson} ##Решение##граничных условияхуравненияПуассонапринулевых##Это решение является начальным приближением для поиска решения##в первой точке кривойTransient ( ##Временной анализInitialTime=0.0 ##Начальный момент времени, секундыFinalTime=4.3 ##Конечный момент времени, секундыInitialStep=0.01 ##Начальный шаг дискретизации по времени,##секундыMaxStep=0.05 ##Максимальный шаг дискретизации по времени,##секундыIncrement=1.4 ##Параметр, показывающий, во сколько раз##увеличивается шаг дискретизации по времени в случае успешной##сходимости процесса счетаDecrement=2.1 ##Параметр, показывающий, во сколько раз##уменьшается шаг дискретизации по времени в случае неудачной##сходимости процесса счета){ Coupled{Poisson Electron Hole} } ##Какие уравнения решаются##в каждой точке временного интервала}2) Модели, дополняющие основную систему дифференциальныхуравнений: переноса носителей, подвижности носителей, генерации ирекомбинации носителей, зонной структуры полупроводника и т.п.(секция Physics).

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.